本发明涉及航空航天发动机尾喷管，尤其涉及一种高超声速推力矢量喷管及其滑动调节方法。
背景技术：
1、高超声速飞行器的姿态控制方法主要有气动舵面控制法和推力矢量控制法，对于气动舵面控制法，由于高超声速飞行器飞行速度快、飞行高度高，会导致舵面的控制效率变低，有阻力、气动热等问题。对于推力矢量控制法，采用推力矢量技术，推力矢量技术通过改变发动机尾喷管出流方向来控制飞行器飞行，推力矢量技术不但使发动机可以提供推力，而且可以通过改变发动机的推力方向，为飞行器提供俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩从而实现对飞行器的姿态控制。未来先进的飞机和导弹对可操控性、机动性将提出越来越高的要求，推力矢量技术的重要性在不断提高，推力矢量喷管作为实现推力矢量技术的核心部件，对未来高性能的飞行器研制有重要影响。
2、目前，在高超声速飞行器中，推力矢量喷管应用还较少，美国的f-22战斗机采用的二元推力矢量喷管，可使发动机推力在俯仰方向上±20°内偏转，但飞行马赫数为2.25，没有达到高超声速。国内外研究的气动推力矢量喷管主要集中在亚声速和低超声速工况，在高超声速工况下矢量性能一般，如同向流向型气动矢量喷管在主流为亚声速条件下具有较好的推力矢量性能，矢量角较大，推进效率高，但对高马赫数主流的矢量控制效果较差。对于高超声速飞行器采用推力矢量喷管可以提高飞行器的升阻比，改善机动性和敏捷性，可以满足高超声速导弹直接碰撞技术大机动过载的需求，提高飞行器的突防能力和稳定性，减小气动舵面的面积，减小飞行器的阻力。因此，在高超声速飞行器中采用推力矢量喷管对飞行器的性能提高有着重要影响。
3、因此为了实现飞行器在高超声速飞行工况下尾喷管具有良好的推力矢量能力，设计了一种高超声速推力矢量喷管及喷管实现矢量推力的滑动调节方案，为高超声速飞行器实现推力矢量能力提供一种推力矢量喷管和调节方法。
技术实现思路
1、技术目的：本发明目的在于提供一种高超声速推力矢量喷管及其滑动调节方法，该高超声速推力矢量喷管采用滑动调节喷管可动壁面的方式，形成非对称喷管构型，从而产生推力矢量。该滑动调节的推力矢量喷管在高超声速飞行工况下可以产生一定的矢量角，为高超声速飞行工况下，推力矢量喷管产生矢量角困难的问题提供一种解决方案。
2、技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
3、一种高超声速推力矢量喷管，包括串接的固定喷管和滑动模块；
4、所述固定喷管包括固定内壁面和固定外壁面，固定内壁面和固定外壁面的型面相同；
5、所述固定喷管的前端为喷管进口，所述滑动模块的后端为喷管出口；
6、所述滑动模块包括滑块一、滑块二、滑块三、滑块四，滑块一、滑块二、滑块三、滑块四均可独立沿高超声速推力矢量喷管的径向或者周向滑动。
7、优选的，定义固定喷管的轴向长度为l1，滑动模块的轴向长度为l2，满足l2/(l1+l2)＝0.3-0.9。
8、优选的，所述滑块一、滑块二、滑块三、滑块四均包括滑块内壁面、滑块外壁面、初始面、终止面；
9、对于所述滑块一、滑块二、滑块三、滑块四：滑块内壁面与滑块外壁面的型面均相同。
10、优选的，定义滑块内壁面的横截面半径为rin，滑块外壁面的横截面半径为rout，满足rin＝rout，定义初始面的宽度为h1，终止面的宽度为h2，喷管出口直径为de，满足h1＝h2＝(0.05-0.055)de；定义终止面与滑块外壁面末端的夹角为α，满足α＝90°。
11、优选的，在所述高超声速推力矢量喷管的非矢量状态下，所述滑块一、滑块二、滑块三、滑块四组合成轴对称形式的喷管，所述固定喷管的固定内壁面和所述滑动模块的滑块内壁面共同组成高超声速推力矢量喷管的内壁面；定义滑块一、滑块二、滑块三、滑块四沿所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动的距离为x1，满足x1＝h1。
12、优选的，一种高超声速推力矢量喷管的滑动调节方法，所述的滑动调节方法使所述的高超声速推力矢量喷管产生六个方向矢量角，分别为低头矢量角、抬头矢量角，左上偏航矢量角，右上偏航矢量角，左下偏航矢量角，右下偏航矢量角。
13、优选的，所述高超声速推力矢量喷管产生低头矢量角的滑动调节过程为：所述滑块一和滑块三先沿着各自的初始面向外沿着所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动x1距离，然后所述滑块一沿着滑块二的滑块外壁面向上沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块一的初始面与滑块二的终止面贴合；所述滑块三沿着滑块四的滑块外壁面向上周向滑动，滑动至滑块三的初始面与滑块四的终止面贴合。
14、优选的，所述高超声速推力矢量喷管产生抬头矢量角的滑动调节过程为：所述滑块二和滑块四先沿着各自的初始面向外沿着所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动x1距离，然后所述滑块二沿着滑块一的滑块外壁面向下沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块二的初始面与滑块一的终止面贴合；所述滑块四沿着滑块三的滑块外壁面向下沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块四的初始面与滑块三的终止面贴合。
15、优选的，所述高超声速推力矢量喷管产生左上偏航矢量角的滑动调节过程为：滑块四先向外沿着所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动x1距离，然后沿着滑块三的滑块外壁面向下沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块四的初始面与滑块三的终止面贴合，其他三个滑块位置不变；
16、所述高超声速推力矢量喷管产生右上偏航矢量角的滑动调节过程为：滑块二先向外沿着所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动x1距离，然后沿着滑块一的滑块外壁面向下沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块二的初始面与滑块一的终止面贴合，其他三个滑块位置不变；
17、所述高超声速推力矢量喷管产生左下偏航矢量角的滑动调节过程为：为滑块三先向外沿着所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动x1距离，然后沿着滑块四的滑块外壁面向上沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块三的初始面与滑块四的终止面贴合，其他三个滑块位置不变；
18、所述高超声速推力矢量喷管产生右下偏航矢量角的滑动调节过程为：滑块一先向外沿着所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动x1距离，然后沿着滑块二的滑块外壁面向上沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块一的初始面与滑块二的终止面贴合，其他三个滑块位置不变。
19、有益效果：相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
20、一种高超声速推力矢量喷管整体为轴对称扩张型喷管，适用于高超声速飞行工况，通过滑动模块的四个滑块的相互径向滑动和周向滑动，使推力矢量喷管形成非对称构型，从而产生矢量角。与传统的机械矢量喷管、气动矢量喷管相比，本发明为轴对称构型的喷管实现矢量推力提供一种喷管方案和调节方法，且本发明适用于高超声速飞行工况，在非矢量状态下推力性能优异，在高超声速飞行工况下本发明矢量状态可以产生一定的矢量角，为高超声速飞行工况下推力矢量喷管产生矢量角困难的问题提供一种解决方案。
21、相较于一些只能在俯仰方向上产生矢量角的推力矢量喷管，本发明通过四个滑块的不同滑动调节方法，可以形成不同的非对称构型，不仅可以在俯仰方向产生矢量角，还可以在偏航方向产生矢量角，可以产生六个方向矢量角，分别为低头矢量角、抬头矢量角，左上偏航矢量角，右上偏航矢量角，左下偏航矢量角，右下偏航矢量角。
1.一种高超声速推力矢量喷管，其特征在于：包括串接的固定喷管(1)和滑动模块(2)；
2.根据权利要求1所述的一种高超声速推力矢量喷管，其特征在于：定义固定喷管(1)的轴向长度为l1，滑动模块(2)的轴向长度为l2，满足l2/(l1+l2)＝0.3-0.9。
3.根据权利要求1所述的一种高超声速推力矢量喷管，其特征在于：所述滑块一(5)、滑块二(6)、滑块三(7)、滑块四(8)均包括滑块内壁面(13)、滑块外壁面(14)、初始面(15)、终止面(16)；
4.根据权利要求1所述的一种高超声速推力矢量喷管，其特征在于：定义滑块内壁面(13)的横截面半径为rin，滑块外壁面(14)的横截面半径为rout，满足rin＝rout，定义初始面(15)的宽度为h1，终止面(16)的宽度为h2，喷管出口直径为de，满足h1＝h2＝(0.05-0.055)de；定义终止面(16)与滑块外壁面(14)末端的夹角为α，满足α＝90°。
5.根据权利要求4所述的一种高超声速推力矢量喷管，其特征在于：在所述高超声速推力矢量喷管的非矢量状态下，所述滑块一(5)、滑块二(6)、滑块三(7)、滑块四(8)组合成轴对称形式的喷管，所述固定喷管(1)的固定内壁面(3)和所述滑动模块(2)的滑块内壁面(13)共同组成高超声速推力矢量喷管的内壁面；定义滑块一(5)、滑块二(6)、滑块三(7)、滑块四(8)沿所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动的距离x1，满足x1＝h1。
6.如权利要求1-5任意一项所述的一种高超声速推力矢量喷管的滑动调节方法，其特征在于：所述的滑动调节方法使所述的高超声速推力矢量喷管产生六个方向矢量角，分别为低头矢量角、抬头矢量角，左上偏航矢量角，右上偏航矢量角，左下偏航矢量角，右下偏航矢量角。
7.根据权利要求6所述的滑动调节方法，其特征在于：所述高超声速推力矢量喷管产生低头矢量角的滑动调节过程为：所述滑块一(5)和滑块三(7)先沿着各自的初始面(15)向外沿着所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动x1距离，然后所述滑块一(5)沿着滑块二(6)的滑块外壁面(14)向上沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块一(5)的初始面与滑块二(6)的终止面(16)贴合；所述滑块三(7)沿着滑块四(8)的滑块外壁面(14)向上周向滑动，滑动至滑块三(7)的初始面(15)与滑块四(8)的终止面(16)贴合。
8.根据权利要求6所述的滑动调节方法，其特征在于：所述高超声速推力矢量喷管产生抬头矢量角的滑动调节过程为：所述滑块二(6)和滑块四(8)先沿着各自的初始面(15)向外沿着所述高超声速推力矢量喷管的径向滑动x1距离，然后所述滑块二(6)沿着滑块一(5)的滑块外壁面(14)向下沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块二(6)的初始面(15)与滑块一(5)的终止面(16)贴合；所述滑块四(8)沿着滑块三(7)的滑块外壁面(14)向下沿着所述高超声速推力矢量喷管的周向滑动，滑动至滑块四(8)的初始面(15)与滑块三(7)的终止面(16)贴合。
9.根据权利要求6所述的滑动调节方法，其特征在于：
