一种放大流体喷射推力的装置的制作方法

1.本发明涉及流体动力系统技术领域，具体涉及一种放大流体喷射推力的装置。


背景技术：

2.目前航空发动机的最大推力很大程度上取决于通过发动机的空气质量流量。当大气压力随高度增加而减小时，空气密度减小，发动机推力也会有所减小。高温高原起飞时，发动机推力不足的情况尤为明显。军机通常会采用在压气机/燃烧室进口位置喷水或开启加力的方式增加推力。
3.而通过在喷射推力装置喷射流体也可以增加推力，但是目前的喷射推力装置受各种因素的影响推力有限，使得采用现有喷射推力装置的飞行器存在耗油率，飞机航程缩短的问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种放大流体喷射推力的装置，该放大流体喷射推力的装置通过在喷射筒的出口端设有若干环向延伸的喷射孔并在喷射孔的出口端均倾斜设有推力翼，可以在同等喷射条件下可以将推力放大，具有节能效益的优点，拓展了该装置应用范围。
5.本发明的目的通过下述技术方案实现：一种放大流体喷射推力的装置，其特征在于：包括喷射筒，所述喷射筒的出口端设有若干向外延伸的喷射孔，所述喷射孔设环向设置于所述喷射筒的出口端，所述喷射孔的出口端均倾斜设有推力翼，所述推力翼设有平面和曲面，所述曲面位于推力翼的内表面。
6.优选的，令喷射孔的截面为s、推力翼平面的面积a，满足其中n为喷射孔截面和推力翼面积决定的常数，n＞1。
7.优选的，令推进器的推力翼与喷射孔有关的结构常数为β、与推力翼两面的弧长比的结构常数为η。
8.优选的，所述推力翼的倾斜角度为α，满足0
°
《α《45
°
。
9.优选的，令所述推力的装置的推力为f，根据冲量定理可得出推力f与流体的喷射速度、流体的喷射截面积、流体密度和喷射时间的关系式为：
10.ft＝δp
11.m＝ρsvt
12.δp＝mv-0
13.ft＝ρsv2t
14.f＝ρsv2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
15.式中δp为动量改变量，v为流体的喷射速度，s为流体的喷射截面积，ρ流体密度，t为喷射时间；
16.令推力翼产生的推力为q，根据伯努利方程可得出推力q与推力翼曲面的面积、推力翼平面的流速和推力翼曲面的流速之间的关系式为：
[0017][0018][0019][0020][0021]
式中a为推力翼平面的面积，v为推力翼平面的流速，v1为推力翼曲面的流速，l1为推力翼曲面的长度，l为推力翼平面的长度；
[0022]
令η是与推力翼两面的弧长比有关的的结构常数，η的典型值为1.01-1.2，
[0023][0024][0025]
令
[0026][0027]
式中n为喷射孔截面和推力翼面积决定的常数；
[0028]
令
[0029]
ꢀꢀꢀ
(4)式中，β为推进器的推力翼与喷射孔有关的结构常数；
[0030]
结合方程(1)，可以得：
[0031]
q＝βf
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0032]
令f表示q和f的合力沿水平的方向的分量为，可得：
[0033]
f＝f cosα q sinα，式中α为推力翼的倾斜角度，
[0034]
结合方程(5)得到
[0035]
f＝f(cosα βsinα)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0036]
计算f对α的一阶和二阶导数，得到f的极值：
[0037][0038]
取得极值f时α满足：
[0039]
tanα＝β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0040][0041][0042]
得到一个极大值fm，此时有：
[0043][0044]
根据(6)和(7)可得：
[0045]fm
＝f cosα(1 βtanα)
[0046][0047][0048]
由于得到fm＞f；
[0049]
根据方程(4)可得，取n＝10，η＝1.2，当β为0.7左右时，推力为f可以增加25％以上。
[0050]
优选的，当喷射器以速度u前行时由于推力翼的倾斜会产生一个阻力，在t时间内将体积(aut)的流体从0推到速度为u，令倾斜设置的推力翼产生的阻力为fr，则有：
[0051]fr
t＝ρ
·
a sinα
·
ut
·
u＝ρa sinαu2t
[0052]fr
＝ρa sinαu2，式中u为流体的速度；
[0053]
令f
t
表示加入阻力fr后的合力，结合方程(6)、(1)和(3)得到：
[0054]ft
＝ρsv2(cosα βsinα)-ρa sinαu2[0055][0056]
令
[0057][0058]
则f
t
＝f[cosα (β-nr2)sinα]；
[0059]
令
[0060]
k＝β-nr2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0061]
则f
t
＝f(cosα k sinα)；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0062]
方程(11)和方程(6)有相同的函数形式，因此，f
t
的最大值f
tm
出现在
[0063]
tanα＝k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0064]
则
[0065]
从方程(13)可以得，f
tm
＞f；结合方程(4)和(10)，可得：
[0066][0067][0068]
限定k＞0，根据方程(14)可得：
[0069]
η
2-2r2＞1
[0070][0071]
从方程(11)可以看出，cosα ksinα＞1时，f
t
＞f，则推力翼的倾斜角度为0
°
＜α＜90
°
。
[0072]
本发明的有益效果在于：本发明的放大流体喷射推力的装置通过在喷射筒的出口端设有若干环向延伸的喷射孔并在喷射孔的出口端均倾斜设有推力翼，可以在同等喷射条件下可以将推力放大，具有节能效益的优点，拓展了该装置应用范围。
附图说明
[0073]
图1是本发明的喷射筒侧视图；
[0074]
图2是本发明的放大流体喷射推力的装置的剖面图；
[0075]
图3是q和f的合力沿着虚线方向的分量表示示意图；
[0076]
图4是β取值的曲线图；
[0077]
图5是推力翼阻力fr的示意图。
[0078]
附图标记为：1-喷射筒、2-喷射孔、3-推力翼、31-平面和32-曲面。
具体实施方式
[0079]
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-5对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
[0080]
见图1-5，一种放大流体喷射推力的装置，包括喷射筒1，所述喷射筒1的出口端设有若干向外延伸的喷射孔2，所述喷射孔2设环向设置于所述喷射筒1的出口端，所述喷射孔2的出口端均倾斜设有推力翼3，所述推力翼3设有平面31和曲面32，所述曲面32位于推力翼3的内表面。
[0081]
本实施例中的放大流体喷射推力的装置通过在喷射筒1的出口端设有若干环向延伸的喷射孔2并在喷射孔2的出口端均倾斜设有推力翼3，利用推力翼3两边的压力差，可以在同等喷射条件下可以将推力放大，具有节能效益的优点，拓展了该装置应用范围。
[0082]
本实施例中，令所述推力的装置的推力为f，根据冲量定理可得出推力f与流体的喷射速度、流体的喷射截面积、流体密度和喷射时间的关系式为：
[0083]
ft＝δp
[0084]
m＝ρsvt
[0085]
δp＝mv-0
[0086]
ft＝ρsv2t
[0087]
f＝ρsv2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0088]
式中δp为动量改变量，v为流体的喷射速度，s为流体的喷射截面积，ρ流体密度，t为喷射时间；
[0089]
令推力翼3产生的推力为q，根据伯努利方程可得出推力q与推力翼3的曲面31的面积、推力翼3的平面31的流速和推力翼3的曲面32的流速之间的关系式为：
[0090][0091][0092][0093][0094]
式中a为推力翼3的平面31的面积，v为推力翼德平面31的流速，v1为推力翼3的曲面32的流速，l1为推力翼3曲面32的长度，l为推力翼3平面31的长度；
[0095]
令η是与推力翼两面的弧长比有关的的结构常数，η的典型值为1.01-1.2；
[0096][0097][0098]
令
[0099][0100]
式中n为喷射孔2截面和推力翼3面积决定的常数；
[0101]
令
[0102]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，β为推进器的推力翼与喷射孔有关的结构常数；
[0103]
结合方程(1)，可以得：
[0104]
q＝βf
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0105]
令f表示q和f的合力沿水平的方向的分量为，可得：
[0106]
f＝fcosα q sinα，式中α为推力翼3的倾斜角度，
[0107]
结合方程(5)得到
[0108]
f＝f(cosα βsinα)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0109]
计算f对α的一阶和二阶导数，得到f的极值：
[0110][0111]
取得极值f时α满足：
[0112]
tanα＝β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0113][0114][0115]
得到一个极大值fm，此时有：
[0116][0117]
根据(6)和(7)可得：
[0118]fm
＝f cosα(1 βtanα)
[0119][0120][0121]
由于得到fm＞f；
[0122]
根据方程(4)可得，取n＝10，η＝1.2，β＝2.2，如图4中所示当β为0.7左右时，推力为f可以增加25％以上。
[0123]
本实施例中，如图5所示，当喷射器以速度u前行时由于推力翼3的倾斜会产生一个阻力，在t时间内将体积(aut)的流体从0推到速度为u，令倾斜设置的推力翼3产生的阻力为fr，则有：
[0124]fr
t＝ρ
·
a sinα
·
ut
·
u＝ρa sinαu2t
[0125]fr
＝ρa sinαu2，式中u为流体的速度；
[0126]
令f
t
表示加入阻力fr后的合力，结合方程(6)、(1)和(3)得到：
[0127]ft
＝ρsv2(cosα βsinα)-ρa sinαu2[0128][0129]
令
[0130]
[0131]
则f
t
＝f[cosα (β-nr2)sinα]；
[0132]
令
[0133]
k＝β-nr2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0134]
则f
t
＝f(cosα ksinα)；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0135]
方程(11)和方程(6)有相同的函数形式，因此，f
t
的最大值f
tm
出现在
[0136]
tanα＝k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0137]
则
[0138]
从方程(13)可以得，f
tm
＞f；结合方程(4)和(10)，可得：
[0139][0140][0141]
限定k＞0，根据方程(14)可得：
[0142]
η
2-2r2＞1
[0143][0144]
从方程(11)可以看出，cosα ksinα》1时，f
t
》f，则推力翼3的倾斜角度为0
°
《α《45
°
该装置可以在同等喷射条件下可以将推力放大。
[0145]
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。