[實用新型]進出口形狀可定制的內乘波式高超聲速進氣道

無效

• 申請號: 200820160752.4
• 申請日: 2008-10-15
• 公開（公告）號: CN201301752Y
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 尤延鋮;黃國平;郭軍亮;朱呈祥;梁德旺
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02C7/04
• 分類號: F02C7/04
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司
• 代理人: 沈根水

技術領域

本實用新型涉及的是一種進出口形狀可定制的內乘波式高超聲速進氣道，屬于高超聲速進氣道技術領域。

背景技術

高超聲速飛行是指馬赫數大于5的飛行，它的發展涉及國家安全與和平利用空間，是目前國際競相爭奪空間技術的焦點之一。進氣道是高超聲速飛行器中的主要部件，它的設計目標是以較小的流動損失為下游的推進系統部件提供盡可能多的高能氣流。從技術角度分析，高超聲速進氣道的設計要求主要有以下幾點：①設計狀態流量捕獲能力強，為推進系統提供盡可能多的流量；②在壓縮氣流至所需壓比的同時，應做到效率(出口總壓)高和出口氣流畸變?。虎墼O計方案應在結構上對飛行器總體性能有利：長度盡量短、幾何形狀固定都有利于減輕重量、提高性能；④外流阻力小，這就要求進氣道溢流小，且進氣道迎風面積與捕獲面積之比盡量?。虎輵斜M量寬的工作馬赫數范圍，因而進氣道要能在低M數時自動溢流；⑥應易于實現與飛行器機體一體化設計，因此要求進氣道可以在機腹多個并列模塊化安裝。

目前已經提出的高超聲速進氣道形式主要包括：二元式進氣道、軸對稱式進氣道、側壓式進氣道等。國內外眾多學者對它們的設計方法、流動特征、工作特性、工程設計研究等問題開展了廣泛而深入的研究。此外，近兩年來，研究人員還提出了一些新型先進高超聲速進氣道設計思路和方案。如：美國約翰霍普金斯大學Billig?F.S等提出的流線追蹤Busemann進氣道，采用流線追蹤技術，對Busemann等熵進氣道加以改進；美國Astrox公司的Ajay?P.K.等提出的“Funnel”型進氣道概念，仿照使用錐型流來生成乘波體的思路，使用向內拐折的軸對稱流型來生成進氣道內表面構形；英國牛津大學提出的模塊化收縮式進氣道以及美國空軍實驗室研制的一種Jaw進氣道。在美國下一代高超聲速推進系統研究計劃中，Hycause和FALCON飛行器也都擬采用此類被稱為三維內收縮的進氣道形式。在國內，南京航空航天大學的黃國平、梁德旺、尤延鋮等人率先提出了一類命名為內乘波的三維內收縮進氣道，該類進氣道以直接流線追蹤為主要技術特點，可以在設計狀態下以不規則的三維幾何外形全流量捕獲自由來流，具有較好的性能特點。此外，南京航空航天大學的張堃元，孫波等人在截短Busemann進氣道方面也開展了一些相關研究。

縱觀以上各類進氣道方案，雖然它們都具有一些獨特的設計優勢和特點，但仍存在一些設計缺陷和性能不足。以典型的截短Busemann進氣道為例，由于不具有內乘波的特點，即使在設計狀態下，此類進氣道的流量捕獲系數通常也就在90％左右。而在高超聲速推進系統中，10％的流量損失就對應了10％以上的推力損失。以直接流線追蹤為技術特點的內乘波式進氣道雖然被證明可以100％的捕獲自由來流，但是，它復雜的三維外形卻限制了它在總體布局中的應用。從布局角度考慮，總體通常希望進氣道具有規則的進、出口形狀，甚至可以根據飛行器外形要求進行定制設計。如：要求進口水平投影近似矩形，即上表面和兩側壁要求為直線，以滿足機體上多個進氣道模塊并列布置的需要；出口要求為圓或橢圓形，以匹配下游燃燒室。然而，由于三維內收縮進氣道固有的特點，現有的各類設計技術都無法在保證進氣道氣動性能的前提下，實現進氣道進、出口外形規則且可定制的要求。

發明內容

本實用新型的目的旨在克服現有技術所存在的上述缺陷，提出一種固定幾何、設計狀態來流激波貼口，低馬赫數自動溢流，進、出口投影形狀可定制的進出口形狀可定制的內乘波式高超聲速進氣道。

本實用新型的技術解決方案：進出口形狀可定制的內乘波式高超聲速進氣道，其結構是包括進氣道收縮段和隔離段，其中進氣道收縮段的形狀為三維向內收縮。

本實用新型的優點：進出口形狀可定制的內乘波式高超聲速進氣道是一種固定幾何進氣道。內乘波設計可以保證該進氣道全流量捕獲來流，增大發動機推力的同時減小外流阻力；在低馬赫數情況下又能自動調整溢流，拓寬進氣道的工作馬赫數范圍；進出口形狀可以根據布局要求進行定制的特點，易于該進氣道實現并列模塊化安裝或與各類飛行器機體外形的一體化設計。

附圖說明

附圖1是非軸對稱內收縮基本流場示意圖。

附圖2是進出口形狀可定制的內乘波式高超聲速進氣道進、出口(三角形進口、橢圓形出口)投影形狀示意圖。

附圖3-1是進出口形狀可定制的內乘波式高超聲速進氣道(三角形進口、橢圓形出口)三維輪廓示意圖。

附圖3-2是表示進氣道三角形進口下部溢流口示意圖。