一种带变形抑制结构的S弯喷管及航空发动机制造技术

本发明专利技术一种带变形抑制结构的S弯喷管及航空发动机，属于航空发动机领域；包括S弯喷管收敛段、S弯喷管等值段；所述S弯喷管收敛段的入口端与发动机高温涡轮出口连接，连接面为喷管进口，其出口端与S弯喷管等值段的入口端连接，S弯喷管等值段的出口端与喷管排气口连接；还包括S弯喷管壁面外层设置的变形抑制组件，所述S弯喷管壁面为复合夹层结构，沿壁面垂直方向由内到外分别为喷管壁面内层、喷管壁面夹层、喷管壁面外层。本发明专利技术采用在喷管壁面外层设置周向加强筋与应用复合夹层喷管壁面的结构，以解决现有技术中发动机复杂气动条件与自身复杂结构造成的S弯喷管局部变形和整体失稳，适应发动机更极限的气动边界。适应发动机更极限的气动边界。适应发动机更极限的气动边界。

【技术实现步骤摘要】
一种带变形抑制结构的S弯喷管及航空发动机


[0001]本专利技术属于航空发动机领域，具体涉及一种带变形抑制结构的S弯喷管及航空发动机。

技术介绍

[0002]随着现代航空武器和红外制导技术的发展，战斗机在现代战争中的生存环境愈加恶劣。在飞机可被探测到的信号特征中，发动机尾喷管是飞机最强的红外辐射源和主要的雷达反射源。S弯喷管的构型在降低红外辐射和雷达反射方面具有得天独厚的优势，S弯型面可遮挡发动机内部高温部件，非轴对称出口形式可强化尾喷流与外界大气掺混，大大降低红外辐射特征；同时，入射的电磁波在S弯通道内反复折射耗散，减小了尾喷管的电磁散射信号。因此，S弯喷管已经成为低可探测技术的研究重点。
[0003]2022年2月22日《推进技术》网络首发论文“双S弯喷管的流固耦合特性研究”研究了S弯收敛喷管的结构变形特征及在其影响下的喷管内/外流特性，但未提出可以抑制S弯喷管变形的明确策略和方法。对于S弯喷管来说，非均匀流动特征的气动载荷与复杂的自身结构使得S弯喷管弹性体结构壁面出现复杂的应力应变分布，从而产生相应的结构变形特征，而S弯喷管结构的变形特征反过来又会改变其内部流动特性，使得S弯喷管的气动特性被显著改变，严重影响S弯喷管的工作稳定性，造成尾喷管结构失稳，影响发动机的整体性能。以3mm壁厚的传统S弯喷管为例，传统的S弯喷管在经历气动载荷与复杂的自身结构的相互作用后所发生的壁面变形云图如图1所示，在距离S弯第二弯段入口轴向距离4:10～6:10位置上下壁面均出现严重变形，变形量最大可达44mm；而在喷管排气口处，喷管出口上壁面出现局部变形，变形量达到29mm。传统S弯喷管在经历气动载荷与复杂的自身结构的相互作用后所发生的壁面变形型面图如图2所示，其中，在距离S弯第二弯段入口轴向距离4:10～6:10位置上下壁面变形沿型面法向方向向外鼓起，喷管排气口在变形作用下整体向上偏转，大大影响了S弯喷管气动特性，严重影响S弯喷管的工作稳定性。现有抑制S弯喷管变形的常用方法为增加喷管壁厚，但这种方式不仅会增加喷管重量，还会在一定程度上影响喷管与航空发动机及飞机的装配。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题：
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种带变形抑制结构的S弯喷管，采用在喷管壁面外层设置周向加强筋与应用复合夹层喷管壁面的结构，以解决现有技术中发动机复杂气动条件与自身复杂结构造成的S弯喷管局部变形和整体失稳，适应发动机更极限的气动边界。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种带变形抑制结构的S弯喷管，包括S弯喷管收敛段、S弯喷管等值段；所述S弯喷管收敛段的入口端与发动机高温涡轮出口连接，连接面为喷管进口，其出口端与S弯喷管等值段的入口端连接，S弯喷管等值段的出口端与喷管排气口连接；
还包括S弯喷管壁面外层设置的变形抑制组件，所述S弯喷管壁面为复合夹层结构，沿壁面垂直方向由内到外分别为喷管壁面内层、喷管壁面夹层、喷管壁面外层。
[0007]本专利技术的进一步技术方案是：所述S弯喷管收敛段沿流向包括S弯第一弯段和S弯第二弯段，其中S弯第一弯段向下偏转、S弯第二弯段向上偏转，S弯第一弯段出口即S弯第二弯段入口，下均称S弯第二弯端入口，所述S弯喷管收敛段与S弯喷管等值段沿喷管入口轴线方向的长度之比在8:1～7:1之间，所述S弯第一弯端和S弯第二弯段沿喷管入口轴线方向的长度之比在2:4～2:3之间。
[0008]本专利技术的进一步技术方案是：所述变形抑制组件包括四个周向加强筋，分别为第一周向加强筋、第二周向加强筋、第三周向加强筋和S弯喷管等值段周向加强筋；其中第一周向加强筋、第二周向加强筋、第三周向加强筋沿轴向依次分布于所述S弯第二弯段的外壁面；所述S弯喷管等值段周向加强筋设置于S弯喷管等值段的外壁面。
[0009]本专利技术的进一步技术方案是：所述第一周向加强筋位于S弯第二弯段入口处，第二周向加强筋距S弯第二弯段入口端的距离与S弯第二弯段沿S弯第二弯段入口轴线方向的长度之比为3:10～4:10，第三周向加强筋距S弯第二弯段入口端的距离与S弯第二弯段沿S弯第二弯段入口轴线方向的长度之比为6:10～7:10。
[0010]本专利技术的进一步技术方案是：所述第一周向加强筋、第二周向加强筋、第三周向加强筋的径向长度为25mm～35mm，轴向厚度为30mm～40mm，并均与喷管壁面固接。
[0011]本专利技术的进一步技术方案是：所述S弯喷管等值段周向加强筋径向长度为25mm～35mm，轴向厚度与S弯喷管等值段长度相等。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述喷管壁面内层厚度为0.5mm～1.0mm，喷管壁面夹层厚度为1mm～4mm，喷管壁面外层厚度为0.5mm～1.0mm。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述喷管壁面夹层材料选取陶瓷基复合材料，陶瓷基复合材料在S弯喷管的工作温度区间具高的强度、良好的抗氧化及耐腐蚀能力。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述喷管壁面内层和喷管壁面外层材料选取GH2706高温耐蚀合金，在保证耐高温的条件下具有更高的弹性模量和更低的材料密度。
[0015]一种航空发动机，所述及航空发动机高温涡轮出口安装有一种带变形抑制结构的S弯喷管。
[0016]有益效果
[0017]本专利技术的有益效果在于：应用本专利技术技术方案的带变形抑制结构的S弯喷管，通过第一周向加强筋、第二周向加强筋和第三周向加强筋有效抑制了S弯第二弯段因气动载荷与结构作用所造成的结构变形，S弯喷管等值段周向加强筋有效抑制了S弯喷管等值段因气动载荷与结构作用所造成的结构变形，与常规S弯喷管相比，变形抑制程度能够达到70％以上；此外，喷管壁面为复合夹层结构，沿径向从内到外分别为喷管壁面内层、喷管壁面夹层、喷管壁面外层，改善了因过高气动载荷与结构作用造成的S弯喷管结构失稳问题。
[0018]本专利技术的难点在于，利用四个周向加强筋与喷管壁面复合夹层结构，可以消除现有技术中通过单一增加厚度手段来抑制变形所导致的喷管重量剧增问题，并且仍旧不会影响现有技术中对S弯喷管结构强度的需要。此外，四个周向加强筋的位置选在了S弯喷管变形最大处及其附近位置进行加固，可以更加高效地增加喷管结构的支撑强度，并由于周向加强筋厚度及径向长度选取的合理性，相比传统的S弯喷管重量增加了22.9％，对喷管自身
重量的增加居于合理范围内。
附图说明
[0019]图1是传统S弯喷管在经历气动载荷与复杂的自身结构的相互作用后所发生的壁面变形量云图；
[0020]图2是传统S弯喷管在经历气动载荷与复杂的自身结构的相互作用后所发生的壁面变形型面图；
[0021]图3是根据本专利技术实施例可选的一种带变形抑制结构的S弯喷管的结构示意图；
[0022]图4是根据本专利技术实施例可选的一种带变形抑制结构的S弯喷管的正视图；
[0023]图5是根据本专利技术实施例可选的一种带变形抑制结构的S弯喷管的俯视图；
[0024]图6是根据本专利技术实施例可选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带变形抑制结构的S弯喷管，包括S弯喷管收敛段、S弯喷管等值段；所述S弯喷管收敛段的入口端与发动机高温涡轮出口连接，连接面为喷管进口，其出口端与S弯喷管等值段的入口端连接，S弯喷管等值段的出口端与喷管排气口连接；其特征在于：还包括S弯喷管壁面外层设置的变形抑制组件，所述S弯喷管壁面为复合夹层结构，沿壁面垂直方向由内到外分别为喷管壁面内层、喷管壁面夹层、喷管壁面外层。2.根据权利要求1所述带变形抑制结构的S弯喷管，其特征在于：所述S弯喷管收敛段沿流向包括S弯第一弯段和S弯第二弯段，其中S弯第一弯段向下偏转、S弯第二弯段向上偏转，S弯第一弯段出口即S弯第二弯段入口，下均称S弯第二弯端入口，所述S弯喷管收敛段与S弯喷管等值段沿喷管入口轴线方向的长度之比在8:1～7:1之间，所述S弯第一弯端和S弯第二弯段沿喷管入口轴线方向的长度之比在2:4～2:3之间。3.根据权利要求2所述带变形抑制结构的S弯喷管，其特征在于：所述变形抑制组件包括四个周向加强筋，分别为第一周向加强筋、第二周向加强筋、第三周向加强筋和S弯喷管等值段周向加强筋；其中第一周向加强筋、第二周向加强筋、第三周向加强筋沿轴向依次分布于所述S弯第二弯段的外壁面；所述S弯喷管等值段周向加强筋设置于S弯喷管等值段的外壁面。4.根据权利要求3所述带变形抑制结构的S弯喷管，其特征在于：所述第一周向加强筋位于S弯第二弯段入口处，第二周向加强筋距S弯第二弯段入口端的距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋琳，周莉，史经纬，王占学，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：