[發(fā)明專利]一種雙穩(wěn)態(tài)進(jìn)氣道及其作為飛機(jī)進(jìn)氣道的應(yīng)用和雙穩(wěn)態(tài)進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110406480.8
• 申請(qǐng)日: 2011-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102518517A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張平;邱濤;周麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F02C7/042
• 分類號(hào): F02C7/042
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛機(jī)進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種具備雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的飛機(jī)進(jìn)氣道，同時(shí)涉及該雙穩(wěn)態(tài)進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)方法及其在作為飛機(jī)進(jìn)氣道中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

推進(jìn)系統(tǒng)是軍用飛機(jī)重要部件，它關(guān)系到飛行器作戰(zhàn)性能和安全工作，而進(jìn)氣道是推進(jìn)系統(tǒng)中重點(diǎn)之重，它對(duì)飛機(jī)的飛行性能和壽命周期都有較大的影響。特別對(duì)于寬速域、高機(jī)動(dòng)的超音速戰(zhàn)斗機(jī)來(lái)說(shuō)，進(jìn)氣道必須要在大范圍飛行速度和攻角下都保持較好的氣動(dòng)性能和進(jìn)發(fā)匹配特性。

現(xiàn)有的超音速進(jìn)氣道設(shè)計(jì)過(guò)程中往往面臨高低速氣動(dòng)構(gòu)型之間的矛盾：低速時(shí)，進(jìn)氣道需要大流通面積和鈍唇緣，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)大流量需求和避免飛機(jī)起飛時(shí)存在流動(dòng)分離；高速時(shí)進(jìn)氣道要求小流通面積和尖唇緣，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)小流量需求和降低飛行阻力。因此，超音速進(jìn)氣道設(shè)計(jì)過(guò)程中很難設(shè)計(jì)在整個(gè)飛行包線內(nèi)保持高性能的進(jìn)氣道。

隨著智能材料和結(jié)構(gòu)的發(fā)展，提出了適應(yīng)不同飛行狀態(tài)的可變形進(jìn)氣道概念。通過(guò)采用智能材料局部改善進(jìn)氣道的幾何特性，如改變唇口形狀、壓縮面型面等調(diào)節(jié)進(jìn)氣道捕獲面積和喉道面積，從而滿足不同飛行狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)流量需求并改善進(jìn)發(fā)匹配特性。

申請(qǐng)?zhí)枮?01010261182.X的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的形狀記憶聚合物管道及其作為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的應(yīng)用。該發(fā)明技術(shù)方案中，采用形狀記憶聚合物制成進(jìn)氣道，通過(guò)加熱裝置控制形狀記憶聚合物的溫度，使得進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生主動(dòng)變形，提高了進(jìn)氣道效率和進(jìn)發(fā)匹配特性。該發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了制作形狀記憶聚合物管道的形狀記憶復(fù)合材料成分。該專利中并沒(méi)有對(duì)可變形進(jìn)氣道進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。

形狀記憶聚合物制成的結(jié)構(gòu)在變形時(shí)依賴于溫度和時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)溫度不容易控制，而且結(jié)構(gòu)比較大時(shí)，溫度變化需要一定時(shí)間，會(huì)影響結(jié)構(gòu)響應(yīng)速度。

雙穩(wěn)態(tài)薄殼結(jié)構(gòu)是一種在驅(qū)動(dòng)力作用下可以從初始構(gòu)型跳躍到第二穩(wěn)定構(gòu)型的結(jié)構(gòu)，目前對(duì)于該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是確定臨界載荷使得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定在初始構(gòu)型不發(fā)生跳躍，如石油化工行業(yè)中的壓力容器和大型儲(chǔ)油罐的頂蓋。

鼓包(Bump)進(jìn)氣道作為一種先進(jìn)進(jìn)氣道，通過(guò)簡(jiǎn)單的三維型面解決了隱身設(shè)計(jì)、飛機(jī)重量、成本和空間增加的問(wèn)題。但是該鼓包形狀不能變化，只能在設(shè)計(jì)飛行速度水平發(fā)揮最大特性，當(dāng)飛行速度變化時(shí)，仍然面臨進(jìn)氣道效率和進(jìn)發(fā)匹配特性下降問(wèn)題。

鼓包進(jìn)氣道的型面為薄殼結(jié)構(gòu)，為雙穩(wěn)態(tài)薄殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了條件。因此在鼓包進(jìn)氣道型面上采用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理進(jìn)行研究以及開(kāi)展雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)鼓包進(jìn)氣道設(shè)計(jì)是一種可變形進(jìn)氣道研究的新思路。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的飛機(jī)進(jìn)氣道，尤其應(yīng)用于鼓包進(jìn)氣道，該進(jìn)氣道可主動(dòng)變形適應(yīng)飛機(jī)飛行狀態(tài)的變化，同時(shí)也提供一種該雙穩(wěn)態(tài)鼓包進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)方法，以及其在飛機(jī)進(jìn)氣道中的應(yīng)用。

技術(shù)方案

為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的具有雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的飛機(jī)進(jìn)氣道上設(shè)置有至少一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域，所述的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域根據(jù)飛機(jī)進(jìn)氣道的不同形式進(jìn)行不同形式的設(shè)置，當(dāng)飛機(jī)具有獨(dú)立的進(jìn)氣管道時(shí)，所述的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)可設(shè)置在進(jìn)氣管道壁上；當(dāng)飛機(jī)的進(jìn)氣區(qū)域由進(jìn)氣道外罩和機(jī)身鼓包型面給成時(shí)，所述的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)可設(shè)置在機(jī)身鼓包型面的鼓包區(qū)域。

更進(jìn)一步地，所述的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域具有作為初始穩(wěn)定狀態(tài)的第一穩(wěn)定構(gòu)型，以及使得進(jìn)氣區(qū)域增大的第二穩(wěn)定構(gòu)型，所述的第一穩(wěn)定構(gòu)型和第二穩(wěn)定構(gòu)型對(duì)飛機(jī)飛有重要意義，當(dāng)飛機(jī)高速飛行時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)構(gòu)型處于初始穩(wěn)定構(gòu)型，此時(shí)鼓包型面的喉道面積較小，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)小流量需求；當(dāng)飛機(jī)低速飛行時(shí)，通過(guò)機(jī)身內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到第二穩(wěn)定構(gòu)型，使得鼓包型面喉道面積增大，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)大流量需求。

更進(jìn)一步地，所述的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域整體呈圓形或者橢圓形，也可以是在實(shí)際應(yīng)用中需要的其他形狀。

所述的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域應(yīng)用于飛機(jī)進(jìn)氣道時(shí)，其利用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)力作用下可以從初始構(gòu)型跳躍到第二平衡構(gòu)型的特性，在例如鼓包進(jìn)氣道壓縮型面的適當(dāng)位置采用該結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣道壓縮型面的局部可調(diào)變形，以滿足不同飛行狀態(tài)的需要。

本發(fā)明的技術(shù)方案同時(shí)提供一種雙穩(wěn)態(tài)進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)方法，其主要任務(wù)是對(duì)雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)。以下以應(yīng)用于鼓包進(jìn)氣道的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域?yàn)槔Y(jié)合必要的附圖，具體設(shè)計(jì)方法包括下列步驟：

步驟一：選取鼓包進(jìn)氣道喉道區(qū)域型面作為變形型面，根據(jù)變形型面的形狀選擇合適的雙穩(wěn)態(tài)薄殼結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，確定模型的形狀設(shè)計(jì)參數(shù)。