發動機進氣道堵蓋及其開閉系統技術方案

本發明專利技術公開了一種發動機進氣道堵蓋，包括封堵頭和連接桿；封堵頭為一端面繞發動機頭錐中軸線旋轉形成的弧狀結構；該端面由類L形曲線C、經點O分別連接曲線C兩端點的線段OM和ON組成；線段OM和ON旋轉形成氣動型面；類L形曲線C旋轉后，其始段、中段和末段分別形成第一、第二、第三側面；第一側面與發動機頭錐下錐面相適配，第三側面與發動機進氣道唇口外壁相適配；第二側面與進氣道唇口外壁之間有空隙；堵蓋關閉時，第一側面和第三側面均與封堵頭相貼合；過點O的直線將端面的∠MON分為兩部分，靠近頭錐部分為上角，另一部分為下角，上角14°～20°，下角16°～17°；沿氣流方向，封堵頭的投影面完全覆蓋發動機進氣道唇口。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于沖壓發動機自由射流試驗領域，具體涉及一種發動機進氣道堵蓋及其開閉系統。
技術介紹
分離轉級試驗主要在自由射流試驗條件下模擬固體助推器與液體沖壓發動機的分離過程，保證固體助推器分離前后，沖壓發動機進氣道內的流態與真實進氣道比較接近。在分離轉級試驗時，沖壓發動機處于高速模擬環境來流中。固體助推器分離前，要求沖壓發動機進氣道唇口前應有堵蓋遮擋并有一定的密封性要求(密封間隙不大于2mm)，以阻擋環境來流進入沖壓發動機進氣道。堵蓋開閉系統的堵蓋打開后，環境來流進入沖壓發動機進氣道，固體助推器在發動機進氣道內氣體壓力的作用下被推出，實現分離過程。為了模擬真實的發動機進氣道建壓過程，要求堵蓋開閉系統打開時間小于100ms。堵蓋開閉系統打開后，需要完全離開來流噴管出口截面。現有的堵蓋開閉系統，當其堵蓋關閉時只能遮擋發動機進氣道唇口，漏氣間隙大；并且現有的堵蓋開閉系統，堵蓋打開時間最快達160ms，無法滿足性能需求。
技術實現思路
為了解決現有堵蓋無法滿足密封要求，且堵蓋打開時間超過100ms的問題，本專利技術提出一種發動機進氣道堵蓋及堵蓋開閉系統，在分離轉級試驗中，堵蓋關閉時的密封間隙僅2mm，堵蓋開閉系統僅需70ms即可將堵蓋完全打開，能實現沖壓發動機進氣道關閉和打開狀態的快速轉換。本專利技術的技術方案是：發動機進氣道堵蓋，包括封堵頭和連接桿；其特殊之處在于：所述封堵頭為一端面繞發動機頭錐的中軸線旋轉而成的弧狀結構；所述端面由一條類L形曲線C、以及經同一點O分別連接曲線C兩端點的線段OM和線段ON組成；所述類L形曲線C靠近發動機進氣道唇口；所述線段OM和線段ON繞所述中軸線旋轉后，形成氣動型面；所述類L形曲線C繞所述中軸線旋轉后，曲線C的始段形成第一側面，曲線C的中段形成第二側面，曲線C的末段形成第三側面；所述第一側面的形狀與發動機頭錐的下錐面相適配，所述第三側面的形狀與發動機進氣道唇口外壁相適配；所述第二側面與發動機進氣道唇口外壁之間有一定空隙，為封堵頭斜向下運動留出空間；堵蓋關閉時，所述第一側面和第三側面均與封堵頭相貼合；通過所述點O的直線，將所述端面的∠MON分為兩部分，其中靠近發動機頭錐部分為上角，另一部分為下角；所述上角值為14°～20°；所述下角值為16°～17°；沿氣流方向，所述封堵頭的投影面完全覆蓋發動機進氣道唇口。基于上述基本結構，本專利技術針對所述封堵頭還作出如下優化和限定：上述上角為20°，下角為17°。上述類L型曲線C的中段和末段相交處為圓弧過渡，所述圓弧的圓心距發動機進氣道唇口的距離為16mm～23mm。本專利技術同時提供了一種采用上述發動機進氣道堵蓋的堵蓋開閉系統，其特殊之處在于：所述堵蓋開閉系統還包括滾動滑槽、第一支撐座、動力氣缸和鎖緊氣缸；所述堵蓋的連接桿穿過滾動滑槽后與動力氣缸的氣缸桿銷軸連接；所述第一支撐座的上端與滾動滑槽的下端面固連；所述動力氣缸以中間軸銷形式固定在第一支撐座上；所述鎖緊氣缸固定安裝在滾動滑槽的第一側壁上，用于鎖緊所述連接桿。上述鎖緊氣缸和連接桿間采用插銷方式鎖緊；上述第一側壁和連接桿上，與鎖緊氣缸的氣缸桿對應位置處開設有孔或槽。上述鎖緊氣缸的氣缸桿處設置有萬向撓性件。上述堵蓋開閉系統還包括設置在滾動滑槽的第二側壁上的第二支撐座。本專利技術具有如下有益效果：本專利技術的堵蓋，其封堵頭的密封結構巧妙地利用了發動機進氣道唇口的外壁面以及發動機頭錐的下錐面，通過第一側面、第二側面和第三側面整體形成的一半包圍結構將發動機進氣道唇口包裹，且該半包圍結構的兩端分別與發動機頭錐的下錐面和發動機進氣道唇口外壁面緊密貼合，當堵蓋關閉時，密封間隙≤2mm，能有效阻止氣流進入發動機進氣道。本專利技術封堵頭迎風面(邊OM和ON繞發動機頭錐中軸線旋轉而成的面)為一氣動型面，這種設計一方面能減小作用在迎風面上的氣動力，從而保證封堵頭在高速大流量氣流沖擊下的強度和剛度，并且減小了封堵頭運動的摩擦力；另一方面能產生大小合適的推動堵蓋運動的附加作用力。本專利技術巧妙的利用附加氣動力(氣動力計算如下表1所示)為堵蓋運動提速，堵蓋在動力氣缸的作用下，快速打開，打開時間＜100ms，最快時僅70ms。表1附圖說明圖1是發動機進氣道堵蓋開閉系統的原理示意圖；圖2是發動機進氣道堵蓋開閉系統的結構示意圖；圖3是堵蓋封堵頭的結構示意圖；圖4是堵蓋封堵頭的端面；圖5是堵蓋封堵發動機進氣道唇口時的示意圖；其中，1-堵蓋；11-封堵頭；111-第一側面；112-第二側面；113-第三側面；12-連接桿；2-滾動滑槽；3-第一支撐座；4-動力氣缸；5-鎖緊氣缸；6-第二支撐座；7-發動機；71-唇口。具體實施方式如圖2所示，本專利技術所提供的發動機進氣道堵蓋開閉系統，包括堵蓋1、滾動滑槽2、第一支撐座3、動力氣缸4和鎖緊氣缸5。堵蓋1包括封堵頭11和連接桿12。封堵頭11的結構如圖3所示，封堵頭11為端面A繞發動機頭錐的中軸線旋轉而成的弧狀結構。線段OM和線段ON繞發動機頭錐的中軸線旋轉后，形成氣動型面。類L形曲線C繞發動機頭錐的中軸線旋轉后，曲線C的始段形成第一側面111，曲線C的中段形成第二側面112，曲線C的末段形成第三側面113；第一側面111的形狀與發動機頭錐的下錐面相適配，第三側面113的形狀與發動機進氣道唇口71外壁相適配；第二側面112與發動機進氣道唇口外壁之間有一定空隙，為封堵頭11斜向下運動留出空間。通過端面A點O的直線，將∠MON分為兩部分，其中靠近發動機頭錐部分為上角(14°～20°)，另一部分為下角(16°～17°)。本實施例中，上角等于20°，下角等于17°，如圖4所示。沿氣流方向，封堵頭11的投影面完全覆蓋發動機進氣道唇口71，當堵蓋關閉時，封堵頭11便可完全包裹發動機進氣道唇口71，且封堵頭11的第一側面111和第三側面113分別與發動機頭錐下錐面和發動機進氣道唇口外壁緊密貼合，從而實現封堵和密封，有效保證了堵蓋關閉時密封間隙＜2mm。堵蓋關閉時，堵蓋封堵發動機進氣道唇口的示意圖如圖5所示。考慮到堵蓋1在下移過程中受到來流沖擊，類L型曲線C的中段和末端相交處為圓弧過渡，該圓弧的圓心距發動機進氣道唇口的距離為16mm～23mm，以避免來流沖擊造成的封堵頭11與發動機磕碰。堵蓋1的連接桿12穿過滾動滑槽2后與動力氣缸4的氣缸桿銷軸連接，以防止堵蓋運動過程中出現機械卡死。第一支撐座3的上端與滾動滑槽2的下端面固連。動力氣缸4以中間軸銷形式固定在第一支撐座3上，以避免出現機械卡死。鎖緊氣缸5固定安裝在滾動滑槽2的第一側壁上，用于鎖緊連接桿12。鎖緊氣缸5和連接桿12間可采用插銷方式鎖緊；相應地，在滾動滑槽2的第一側壁和連接桿12上，與鎖緊氣缸5的氣缸桿對應位置處均需開設有孔或槽。另外，為使鎖緊氣缸能夠承受較大的徑向載荷，在鎖緊氣缸的氣缸桿處設置有萬向撓性件。為了便于堵蓋開閉系統在試驗現場更好更方便的固定，在滾動滑槽2的第二側壁上設置第二支撐座6。下面結合圖1對堵蓋開閉系統的工作原理進行說明。堵蓋1的連接桿12在滾動滑槽2的約束下，單自由度(直線)運動。在試車前，動力氣缸4的氣缸桿伸出至最大行程位置，此時，堵蓋1的封堵頭11遮擋封堵發動機進氣道唇口，鎖緊氣缸5將堵蓋1鎖緊；試車過程中，鎖緊氣缸5解鎖，動力氣缸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
發動機進氣道堵蓋，包括封堵頭和連接桿；其特征在于：所述封堵頭為一端面繞發動機頭錐的中軸線旋轉形成的弧狀結構；所述端面由一條類L形曲線C、以及經同一點O分別連接曲線C兩端點的線段OM和線段ON組成；所述類L形曲線C靠近發動機進氣道唇口；所述線段OM和線段ON繞所述中軸線旋轉后，形成氣動型面；所述類L形曲線C繞所述中軸線旋轉后，曲線C的始段形成第一側面，曲線C的中段形成第二側面，曲線C的末段形成第三側面；所述第一側面的形狀與發動機頭錐的下錐面相適配，所述第三側面的形狀與發動機進氣道唇口外壁相適配；所述第二側面與發動機進氣道唇口外壁之間有一定空隙，為封堵頭斜向下運動留出空間；堵蓋關閉時，所述第一側面和第三側面均與封堵頭相貼合；通過所述點O的直線，將所述端面的∠MON分為兩部分，其中靠近發動機頭錐部分為上角，另一部分為下角；所述上角值為14°～20°；所述下角值為16°～17°；沿氣流方向，所述封堵頭的投影面完全覆蓋發動機進氣道唇口。

【技術特征摘要】
1.發動機進氣道堵蓋，包括封堵頭和連接桿；其特征在于：所述封堵頭為一端面繞發動機頭錐的中軸線旋轉形成的弧狀結構；所述端面由一條類L形曲線C、以及經同一點O分別連接曲線C兩端點的線段OM和線段ON組成；所述類L形曲線C靠近發動機進氣道唇口；所述線段OM和線段ON繞所述中軸線旋轉后，形成氣動型面；所述類L形曲線C繞所述中軸線旋轉后，曲線C的始段形成第一側面，曲線C的中段形成第二側面，曲線C的末段形成第三側面；所述第一側面的形狀與發動機頭錐的下錐面相適配，所述第三側面的形狀與發動機進氣道唇口外壁相適配；所述第二側面與發動機進氣道唇口外壁之間有一定空隙，為封堵頭斜向下運動留出空間；堵蓋關閉時，所述第一側面和第三側面均與封堵頭相貼合；通過所述點O的直線，將所述端面的∠MON分為兩部分，其中靠近發動機頭錐部分為上角，另一部分為下角；所述上角值為14°～20°；所述下角值為16°～17°；沿氣流方向，所述封堵頭的投影面完全覆蓋發動機進氣道唇口。2.根據權利要求1所述的發動機進氣道堵蓋，其特征在于：所述上角為2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱舒揚，
申請(專利權)人：西安航天動力試驗技術研究所，
類型：發明
國別省市：陜西;61