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什么是噴管

基本介紹

噴氣發動機中把高壓燃氣(或空氣)轉變為動能,使氣流在其中膨脹加速以高速向外噴射而產生反作用推力的部件,又稱排氣噴管、推力噴管或尾噴管。噴管類型很多,有固定的或可調的收斂噴管、收斂-擴散噴管,引射噴管和塞式噴管等,根據飛行器性能和發動機工作特點選用。高速殲擊機大多采用可調的收斂噴管和可調的收斂-擴散噴管或引射噴管;火箭發動機常用固定式收斂-擴散噴管;垂直或短距起落飛機采用換向噴管。

氣流在噴管入口處的總壓與出口處的靜壓之比稱為噴管落壓比、膨脹比或壓力比。收斂-擴散噴管出口面積與臨界截面面積(zui小截面處的面積)之比稱噴管膨脹面積比,通稱面積比。當氣流膨脹到噴管出口處的靜壓恰等于外界大氣壓力時,稱為完全膨脹噴管,其性能zui佳,當氣流在噴管出口處的靜壓大于外界大氣壓時,稱為不完全膨脹噴管,氣流的壓力能沒有充分轉化為動能。當氣流在噴管出口處的靜壓低于外界大氣壓時稱為過膨脹噴管,這時將出現負的壓力推力。

基本功能

噴管是燃燒室內高溫高壓燃氣的出口,是火箭發動機能量轉換的重要部件,直接影響發動機的性能。噴管的基本功能有兩個:

(1)通過噴管的噴喉大小控制燃氣的質量流率,以達到控制燃燒室內燃氣壓強的目的;其次,通過采用截面形狀先收斂后擴張的拉瓦爾噴管(由收斂段、喉部和擴張段三部分組成)使燃氣的流動能夠從亞聲速加速到超聲速,高速噴出后產生反作用推力。

(2)為了控制飛行器的飛行方向和姿態,還可以利用噴管實現推力矢量控制。對于中小型火箭,多采用較簡單的錐形噴管;而工作時間長、推力大、質量流率大以及采用高性能推進劑的大型火箭,一般使用特型噴管(如雙圓弧形和拋物線形等) [1]  。

噴管類型

收斂噴管

橫截面積沿流向逐漸縮小的噴管。收斂半角常取7°~35°,在大馬赫數飛行時,會因不完全膨脹造成很大的推力損失。例如,馬赫數為1.5時,損失約為 14%;馬赫數為3時,損失大于50%。這種結構簡單、重量小的噴管用于亞音速或低超音速飛機的發動機。

收斂-擴散噴管

橫截面積沿流向先收斂后擴散的噴管。它是瑞典人C.G.拉瓦爾發明的,所以又稱拉瓦爾噴管。這種噴管用于超音速殲擊機上時,臨界面積與出口面積均需隨飛行狀態而調節;用于火箭發動機上時,面積比可達7~400?,F代火箭發動機zui常用的是鐘形噴管,出口半角減到2°~8°,長度較短。還有幾種更短的環形噴管,如塞式噴管、膨脹偏轉噴管、回流噴管和平流噴管等。其共同特點是氣流有自由膨脹邊界,可隨外界壓力自行調節,經常處于完全膨脹狀態,但使用不普遍。

可調噴管

主要用于高速飛行的軍用飛機的加力渦輪噴氣發動機或加力渦輪風扇發動機。噴管面積比易調節,可隨飛行條件變化,而經常處于完全膨脹狀態。結構型式有平衡桿式、折疊式、折疊花瓣式、套筒錐式等。

引射噴管

由可調收斂形主噴管和固定的或可調的引射套管組成。主流的引射作用帶動一股次流從主流氣柱與引射套管之間流過,次流對主流起氣墊作用,約束主流的膨脹。調節次流流量可以控制主流的流通面積,使其達到或接近完全膨脹。引射噴管重量小,結構簡單。能在很寬的飛行范圍內維持良好的性能,已廣泛用于許多高性能的飛機上。

二維噴管

出口截面不是圓形,容易實現飛機后體與噴管一體化,減小飛機的外阻力和暴露面,改進飛機性能和隱蔽性;還能實現推力換向和反向,增加機動性。

噴管材料

噴管材料的選用與噴管結構和冷卻方式等密切相關。燃氣渦輪發動機噴管常用鎳基高溫合金材料,液體火箭發動機再生冷卻噴管采用不銹鋼;輻射冷卻噴管延伸段使用鈮合金等耐熱材料;固體火箭發動機常用復合材料,接觸燃氣流的部分則選用耐高溫或耐腐蝕材料,背壁選用絕緣材料。噴管中受熱zui嚴重的喉部內側的耐高溫層稱喉襯,可用鎢及其合金等高熔點金屬或發汗材料、金屬陶瓷、石墨、碳-碳復合材料以及碳陶復合材料。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(見航空航天材料、航空發動機材料)。

噴管介紹

ASRM 噴管裝置主要包括兩個組件,即前噴管和后出口錐。前噴管由柔性密封接頭和絕熱體組成,它具有8°全軸推力向量控制的能力.柔性密封接頭是由 D6AC 鋼增強片、天然橡膠墊片和 D6AC 鋼前、后端環組成.接頭被安裝到有絕熱層的 D6AC 固定座以及7050鋁制整體頭部入口和喉部支撐罩上.噴管頭部入口和喉部的火焰表面燒蝕環用標準密度(1.45g/cm~3)的碳布酚醛帶纏繞制成。


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