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一种流体 开关

阅读：835发布：2020-10-28

专利汇可以提供一种流体开关专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种流体开关，包括通常对周围大气开放的控制端口，这些端口位于自由流分离点处或附近，并且从第一发散部分到第二部分的过渡位于附接处或附近。流分离点。本发明的开关可以具有圆形截面，并且当这样做时，在内表面上将设有多个肋，以防止围绕偏转射流的周向流动。特征在于紧接在喷嘴喉的下游的第一发散区域和减小的发散的第二下游区域，其将通过偏转的射流接触。，下面是一种流体开关专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种流体开关，包括：第一腔室限定构件，所述第一构件具有可通过其注入流体的入口端和排出端，所述第一构件至少部分地包括相对设置的壁部分，所述壁部分相对于第一壁以第一角度发散，通过所述入口端供应的流体流的轴线；第二腔室限定构件，所述第二构件位于所述第一构件的紧下游，并且具有用于接收从所述第一构件排出的流的入口端和排出端，所述第二构件至少部分地包括相对设置的壁部，所述第一腔室限定部件和所述第二腔室限定部件协作以限定反应腔室，所述第一腔室限定部件和第二腔室限定部件的发散率小于所述第一构件壁部分，用于对反应室中的流体流的相对于所述轴线的位置进行控制的装置，所述位置控制装置在所述第一构件分叉壁部分中的至少一个中包括至少第一控制口，所述控制口位于容器中，注入的流体流的自由流分离点附近；和多个肋装置伸入反应室中，所述肋装置从位置控制装置附近延伸到第二部件排出端附近，并将反应室分成多个部分，所述肋的高度足够以确保在所述第一构件的长度上与偏转的流接触。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述位置控制装置包括：每个所述扇区的控制端口，所述控制端口通常向周围大气开放；和与每个所述控制端口相关的阀装置，用于当需要流偏转时选择性地中断所述端口与周围大气之间的连通。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，通过所述第一构件入口端进入反应室的流体达到超音速，并且其中，所述第一构件和第二构件之间的过渡部位于从反应室偏转的物流的分离点附近。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，至少有四个所述肋装置，并且一对相对设置的肋装置是楔形的，其窄端面向上游方向。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述阀装置被控制成成对地关闭所述控制端口，一对相对设置的端口的关闭产生围绕所述设备的轴线的流动的旋转分量，并且相邻的端口的关闭一对控制端口，产生流动的平移分量。
6.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第一构件包括：圆锥形部分，所述圆锥形部分的较小直径端是敞开的，并限定喷嘴的喉部。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第二构件包括：圆柱形部分，所述圆柱形部分与所述圆锥形部分同轴。
8.一种流体开关，包括：具有旋转表面形式的发散壁的第一构件，其限定了第一腔室，该第一腔室具有入口端，流体流可以通过该入口端注入其中，并且流体流可以通过出口端从中流出，与第一构件邻接的第二构件具有旋转表面形式的壁，该壁限定了与第一室轴向对准的第二室，并且具有紧接在第一室的排放端下游的入口端，用于接收流的第二流，从第一腔室流出的流体和可从中流出流体流的排出端，第一构件的壁的发散度大于第二构件的壁的发散度；在第一构件的壁中的多个周向分布的控制端口，第一构件的壁具有这样的长度和发散度，以致导致流体流过度膨胀的程度足以在第一构件的上游的位置处与其分离，当控制端口与周围大气连通时，控制端口；阀装置中断选定的控制口与周围大气之间的连通，以使流体流相对于腔室的轴线朝着选定的控制口偏转，控制口的轴向位置使偏转的流体流向在所选端口下游的位置与围绕所选端口的壁部分分开；和限制周向流向偏转流体流的装置。
9.根据权利要求8所述的流体开关，其中，所述第一腔室是圆锥形的，并且所述第二腔室是圆柱形的，并且其中，所述分离的下游位置邻近所述第一腔室的所述排出端。

说明书全文

一种流体 开关

技术领域

[0001] 本发明涉及流体射流的控制技术领域，具体为一种多稳态流体开关。

背景技术

[0002] 尽管在实用性方面不限于此，但是已经发现本发明特别好地适用于推力矢量转向系统。众所周知，通过将全部或部分推进气体相对于其正常流动轴线成一定角度偏转或引导，可以实现对采用气体发生器作为推进源的车辆行驶方向的部分或全部控制。

[0003] 现有技术推力矢量控制系统可以分类为机械或液压机械装置。无论类型如何，所有现有技术推力矢量控制方案都具有较大的尺寸和重量，控制液和推进液利用效率低以及可靠性不足的特点。

[0004] 为了消除与现有技术推力矢量控制系统固有相关的问题，并改进现有的液压机械装置，已经提出从流体技术中借鉴。即，已经提出了采用流体放大器或开关型装置的推力矢量控制。这样的流体装置通常依靠诸如柯恩达效应之类的众所周知的现象进行操作，尽管在理论上提供了对现有技术的实质改进，但由于多种原因，并未得到广泛的使用。阻止不使用的最重要的因素之一是现有技术装置的几何形状。以前，仅通过提供流体可以附着在其上的相对设置的平坦表面，就可以以所需的稳定性将偏转的流体保持在期望的径向喷嘴区段中。对二维形状的这种限制严重地限制了灵活性。现有技术的流体控制装置的另一个相关问题是这种装置的尺寸过大。这种过大的尺寸既是由于上述的二维几何形状，又是由于先前的设计理念所决定的，该设计原则规定了喷嘴轮廓，该轮廓从喷嘴喉管的下游方向偏离正常流轴。现有技术的流体控制装置的另一个问题体现在控制气流过大。对二维形状的这种限制严重地限制了灵活性。现有技术的流体控制装置的另一个相关问题是这种装置的尺寸过大。这种过大的尺寸既是由于上述的二维几何形状，又是由于先前的设计理念所决定的，该设计原则规定了喷嘴轮廓，该轮廓从喷嘴喉管的下游方向偏离正常流轴。现有技术的流体控制装置的另一个问题体现在控制气流过大。对二维形状的这种限制严重地限制了灵活性。现有技术的流体控制装置的另一个相关问题是这种装置的尺寸过大。这种过大的尺寸既是由于上述的二维几何形状，又是由于先前的设计理念所决定的，该设计原则规定了喷嘴轮廓，该轮廓从喷嘴喉管的下游方向偏离正常流轴。现有技术的流体控制装置的另一个问题体现在控制气流过大。这种过大的尺寸既是由于上述的二维几何形状，又是由于先前的设计理念所决定的，该设计原则规定了喷嘴轮廓，该轮廓从喷嘴喉管的下游方向偏离正常流轴。现有技术的流体控制装置的另一个问题体现在控制气流过大。这种过大的尺寸既是由于上述的二维几何形状，又是由于先前的设计理念所决定的，该设计原则规定了喷嘴轮廓，该轮廓从喷嘴喉管的下游方向偏离正常流轴。现有技术的流体控制装置的另一个问题体现在控制气流过大。

[0005] 另外，仅出于说明的目的，考虑在推力矢量控制系统中使用流体开关，长期以来一直非常希望用同一装置实现俯仰和偏航以及附加的侧倾控制。然而，在现有技术中，通常仅借助于二次流动注射来获得旋转流动分量，这当然浪费了控制流体。

[0006] 总结现有技术的流体装置的缺陷，特别是适于用作车辆推力矢量控制的流体装置，这种装置过大，对控制流体的利用效率低下，通常缺乏稳定性并且对切换命令信号的响应较慢，会产生侧倾除了通过俯仰和偏航控制之外，还只能通过二次气体注入来进行控制，并且其特征在于，由于流经其中的高温气体对腐蚀的抵抗力较差，因此使用寿命短。

发明内容

[0007] 本发明通过提供特别适合用于推力矢量控制系统的新颖的多稳态流体开关，克服了现有技术的上述以及其他缺点和不足。当在推力矢量控制系统的环境中时，本发明的开关的特征在于圆形喷嘴的横截面形状，具有多个纵梁或低围栏，以下称为肋，这些肋在肋的内表面上轴向延伸。喷嘴。

[0008] 根据本发明的装置的特征还在于，横截面形状从紧接在喷嘴喉管下游的发散过渡到紧接在出口平面上游的发散率降低的区域。

[0009] 同样根据本发明，当利用超音速流动时，多稳态流体开关设置有位于未偏转流的自由分离区域处或附近的控制端口，以促进早期分离。在圆形推力矢量控制的实施例中，该端口的位置产生了固有稳定的装置，该装置在所有控制端口打开的情况下传递轴向推力。

[0010] 如果需要滚动控制，则本发明的装置可以设置有不同形状的肋，以产生绕圆形横截面的喷嘴的轴线的流动的旋转分量。附图说明

[0011] 图1是沿图1的线1-1-1截取的侧视截面图；图2是根据本发明的多稳态流体开关的优选实施例的图；
图3是本发明第二实施例的端视图。

具体实施方式

[0012] 现在共同参考图1至图3。参照图1和图2，根据本发明的超音速流体开关的优选实施例，并在推力矢量控制中使用，包括喷嘴，该喷嘴具有紧接在喉部12下游的圆锥形区域或部分10。在部分10中，喷嘴形状过渡到发散率减小的区域14。从区域10到区域14的过渡可以是突然的或逐渐的，并且在优选实施例中，区域14限定了与圆锥形截面同轴的圆柱形状，并且流未偏转的流动轴线。

[0013] 图1至3的实施例。在图1和图2中，设置有三个控制口16。在正常条件下，即仅需要轴向输出流量或轴向推力时，所有控制口16将向周围大气开放。当需要偏转流时；例如，为了产生横向或转向推力分量；必须关闭控制端口16中的一个。控制口的关闭是通过使用电磁阀实现的。在图1中示意性地示出了这种阀18中的一个。如图所示，控制端口16位于无流动分离的区域处或附近，而没有流动附件。可以使用实验数据确定自由端分离点。

[0014] 现有技术试图在以圆形横截面为特征的流体开关或喷嘴中提供可转向的气流导致装置不稳定。这种不稳定性是由于气体从喷嘴的下游端流入低压区域而引起的。即，逆流的夹带流将在偏斜的流与发散的喷嘴壁之间的区域中上游流入低压腔，然后被该流泵送或夹带。另外，也将发生围绕流进入低压腔的周向流动。根据本发明，壁形状从紧邻喉部12下游的相对较快发散的部分10到邻近装置的排出端的发散率减小的区域14过渡。从而，当与现有技术相比时，本发明的开关通过从可用于这种夹带流的面积中减去来限制流入。在流偏转之前；即在“稳定”模式下；与传统的发散装置相比，控制端口贡献了更大的夹带流量。当控制阀18之一关闭并且流从正常轴向流路切换时；即，产生“不稳定”的偏转流；水流将撞击在部分14的内壁上，从而密封边界层并防止轴向流入。该动作增强了本发明的开关装置的稳定性。

[0015] 对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明装置的断点的实际最佳位置；即，通过测试确定在区域10和减小的发散率的区域14之间的过渡点。然而，断裂点将在所附着的流的分离点的区域中。当然，在附着侧的分离点位于未附着侧或自由侧的分离点的下游。即，分离点在具有关闭的控制口的壁部上向下游移动。可以通过S. Kalt和D. Badal的题为“在流动分离条件下的圆锥形火箭喷嘴性能”的论文中详细描述的方式来预测所连接的侧面分离点的位置，该论文发表在《航天器》杂志上。2，第3号，1965年5月至6月，第pgs。447-
449。

[0016] 如上所述，由于在控制口关闭时形成的低压袋的破坏而引起的不稳定性可能由周向流动以及轴向夹带流动引起。因此，根据本发明，在开关装置的内壁上设有多个肋或不连续部20。在图1至图3的实施例中。在图1和图2中，通过设置三个肋20，该装置被分成三个部分，每个部分具有其自己的控制口16。肋20在自由侧分离点处或之前开始，并且在优选实施例中延伸到排出端。设备的肋条20的高度和形状将通过实验来确定，其主要标准是肋条必须具有足够的尺寸以限制周向流进入低压腔。从而，肋条应突出到与偏转流接触的位置，从而密封周向流。如图所示。如图1和图2所示，肋20是矩形的，并且通过装置的发散部分10在下游方向上的高度增加。然而，肋可以采取其他形状。因此，肋可朝着喷嘴的排放端变宽，如图2所示。如图3所示，在喷嘴壁的全部或大部分长度上，实际上可以是“扁平”的形式。因此，肋可朝着喷嘴的排放端变宽，如图2所示。如图3所示，在喷嘴壁的全部或大部分长度上，实际上可以是“扁平”的形式。因此，肋可朝着喷嘴的排放端变宽，如图2所示。如图3所示，在喷嘴壁的全部或大部分长度上，实际上可以是“扁平”的形式。

[0017] 图3示出了本发明的第二实施例，其也在推力矢量控制的环境中示出，其包括用于产生围绕装置的轴线的流动的旋转分量的装置。在图1的实施例中，在图3中，喷嘴通过成对相对设置的成对的肋20--20和20'-20'被分成四个部分。肋20'是楔形的，其窄端面向上游方向。偏转进入由楔形肋20'之一围成的扇形的流动将部分地由在肋的一侧上呈现的角形叶片转向，同时沿着肋20在该扇形的另一侧上呈现的直叶片平行地流动。

[0018] 为了充分理解图的操作，请参见图3。在图3的实施例中，必须首先认识到，当从喉部12排放到喷嘴中的射流达到超音速时，本发明将在流的过度膨胀部分上进行操作。因此，通过关闭一对相对设置的控制口，将使射流分裂并且分开的流将被偏转以与相对设置的楔形肋20'的相对侧接触。当然，该动作将导致产生侧倾力矩而不会产生任何平移推力。当需要平移推力时，一对相邻的控制端口将关闭，并且很明显，在平移模式下，将不会产生旋转运动。

[0019] 尽管已经示出和描述了以圆形横截面为特征的本发明的实施例，但是本发明也可以采用二维形状，其中控制端口和过渡点被类似地定位。当然，在二维实施例中，将不需要肋20。因此，尽管已经示出和描述了优选实施例，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和替换。

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