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    什么是喷管

    基本介绍

    喷气发动机中把高压燃气(或空气)转变为动能,使气流在其中膨胀加速以高速向外喷射而产生反作用推力的部件,又称排气喷管、推力喷管或尾喷管。喷管类型很多,有固定的或可调的收敛喷管、收敛-扩散喷管,引射喷管和塞式喷管等,根据飞行器性能和发动机工作特点选用。高速歼击机大多采用可调的收敛喷管和可调的收敛-扩散喷管或引射喷管;火箭发动机常用固定式收敛-扩散喷管;垂直或短距起落飞机采用换向喷管。

    气流在喷管入口处的总压与出口处的静压之比称为喷管落压比、膨胀比或压力比。收敛-扩散喷管出口面积与临界截面面积(zui小截面处的面积)之比称喷管膨胀面积比,通称面积比。当气流膨胀到喷管出口处的静压恰等于外界大气压力时,称为完全膨胀喷管,其性能zui佳,当气流在喷管出口处的静压大于外界大气压时,称为不完全膨胀喷管,气流的压力能没有充分转化为动能。当气流在喷管出口处的静压低于外界大气压时称为过膨胀喷管,这时将出现负的压力推力。

    基本功能

    喷管是燃烧室内高温高压燃气的出口,是火箭发动机能量转换的重要部件,直接影响发动机的性能。喷管的基本功能有两个:

    (1)通过喷管的喷喉大小控制燃气的质量流率,以达到控制燃烧室内燃气压强的目的;其次,通过采用截面形状先收敛后扩张的拉瓦尔喷管(由收敛段、喉部和扩张段三部分组成)使燃气的流动能够从亚声速加速到超声速,高速喷出后产生反作用推力。

    (2)为了控制飞行器的飞行方向和姿态,还可以利用喷管实现推力矢量控制。对于中小型火箭,多采用较简单的锥形喷管;而工作时间长、推力大、质量流率大以及采用高性能推进剂的大型火箭,一般使用特型喷管(如双圆弧形和抛物线形等) [1]  。

    喷管类型

    收敛喷管

    横截面积沿流向逐渐缩小的喷管。收敛半角常取7°~35°,在大马赫数飞行时,会因不完全膨胀造成很大的推力损失。例如,马赫数为1.5时,损失约为 14%;马赫数为3时,损失大于50%。这种结构简单、重量小的喷管用于亚音速或低超音速飞机的发动机。

    收敛-扩散喷管

    横截面积沿流向先收敛后扩散的喷管。它是瑞典人C.G.拉瓦尔发明的,所以又称拉瓦尔喷管。这种喷管用于超音速歼击机上时,临界面积与出口面积均需随飞行状态而调节;用于火箭发动机上时,面积比可达7~400。现代火箭发动机zui常用的是钟形喷管,出口半角减到2°~8°,长度较短。还有几种更短的环形喷管,如塞式喷管、膨胀偏转喷管、回流喷管和平流喷管等。其共同特点是气流有自由膨胀边界,可随外界压力自行调节,经常处于完全膨胀状态,但使用不普遍。

    可调喷管

    主要用于高速飞行的军用飞机的加力涡轮喷气发动机或加力涡轮风扇发动机。喷管面积比易调节,可随飞行条件变化,而经常处于完全膨胀状态。结构型式有平衡杆式、折叠式、折叠花瓣式、套筒锥式等。

    引射喷管

    由可调收敛形主喷管和固定的或可调的引射套管组成。主流的引射作用带动一股次流从主流气柱与引射套管之间流过,次流对主流起气垫作用,约束主流的膨胀。调节次流流量可以控制主流的流通面积,使其达到或接近完全膨胀。引射喷管重量小,结构简单。能在很宽的飞行范围内维持良好的性能,已广泛用于许多高性能的飞机上。

    二维喷管

    出口截面不是圆形,容易实现飞机后体与喷管一体化,减小飞机的外阻力和暴露面,改进飞机性能和隐蔽性;还能实现推力换向和反向,增加机动性。

    喷管材料

    喷管材料的选用与喷管结构和冷却方式等密切相关。燃气涡轮发动机喷管常用镍基高温合金材料,液体火箭发动机再生冷却喷管采用不锈钢;辐射冷却喷管延伸段使用铌合金等耐热材料;固体火箭发动机常用复合材料,接触燃气流的部分则选用耐高温或耐腐蚀材料,背壁选用绝缘材料。喷管中受热zui严重的喉部内侧的耐高温层称喉衬,可用钨及其合金等高熔点金属或发汗材料、金属陶瓷、石墨、碳-碳复合材料以及碳陶复合材料。入口段多用石墨酚醛或碳酚醛材料。出口段常用高硅氧-酚醛或碳酚醛材料(见航空航天材料、航空发动机材料)。

    喷管介绍

    ASRM 喷管装置主要包括两个组件,即前喷管和后出口锥。前喷管由柔性密封接头和绝热体组成,它具有8°全轴推力向量控制的能力.柔性密封接头是由 D6AC 钢增强片、天然橡胶垫片和 D6AC 钢前、后端环组成.接头被安装到有绝热层的 D6AC 固定座以及7050铝制整体头部入口和喉部支撑罩上.喷管头部入口和喉部的火焰表面烧蚀环用标准密度(1.45g/cm~3)的碳布酚醛带缠绕制成。


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