[實用新型]高超聲速飛行器與進氣道內外乘波一體化裝置

有效

• 申請號: 201320815421.0
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN203581388U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 尤延鋮;李怡慶;安平;潘成劍;陳榮錢
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B64D33/02
• 分類號: B64D33/02
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本實用新型涉及臨近空間飛行器，尤其是涉及一種高超聲速飛行器與進氣道內外乘波一體化裝置。

背景技術

臨近空間飛行器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。以美國、俄羅斯為代表的世界強國都在大力推進各自的高超聲速飛行研制計劃。自上世紀60年代以來的大量研究充分說明，飛機器與推進系統的一體化設計是實現高超聲速飛行的關鍵，而機體與推進系統一體化的核心則是飛行器和進氣道的一體化。從目前的研究熱點和趨勢看，外乘波體飛行器設計和三維內收縮進氣道研究已經成為兩個領域內公認的先進設計方法和領先技術。

進氣道是高超聲速飛行器推進系統中的主要部件。它位于飛行器的前部，直接與高超聲速飛行器前體相連接，起著壓縮來流，為下游提供盡可能多高能氣流的作用。經過長期的發展人們提出了一系列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，并就它們的設計方法、流動特征、工作特性、工程設計研究等問題開展了研究。此外，近兩年來，國外研究人員還提出了一系列三維內收縮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F.S.Billig等提出的流線追蹤Busemann進氣道（O’Brien,T.F.and?Colville,J.R.,Analytical?Computation?of?Leading?Edge?Truncation?Effects?on?InviscidBusemann?Inlet?Performance,45th?AIAA?Aerospace?Sciences?Meeting?and?Exhibit,2007）；美國Astrox公司的P.K.Ajay等提出的“Funnel”型進氣道概念（Billig,F.S.and?Kothari,A.P.,Streamline?Tracing:Technique?for?Designing?Hypersonic?Vehicles,Journal?of?Propulsion?and?Power,Vol.16,No.3,2000,pp.465-471）；美國航天宇航研究中心的M.K.Smart等提出的將矩形進口光滑轉為橢圓形出口（Smart,M.K.and?Trexler,C.A.,Mach4Performance?of?a?Fixed-Geometry?Hypersonic?Inlet?with?Rectangular-to-Elliptical?Shape?Transition,41st?AIAA?Aerospace?Sciences?Meeting&Exhibit,2002）的思路等。在國內，尤延鋮等學者率先將外流乘波理論運用在進氣道內流研究中，提出了一種被稱為內乘波式的三維內收縮高超聲速進氣道。數值模擬和高焓風洞試驗證實：設計狀態下，該進氣道可以全流量捕獲來流；在非設計狀態，該類進氣道可以通過進口的自動溢流，明顯改善低馬赫數工作能力，因而具有較好的總體特性。

雖然在高超聲速飛行器和高超聲速進氣道研究領域，各項研究已經取得了顯著的進展，部件性能也在不斷提升。然而，迄今為止，科研人員尚未得到高性能的高超聲速飛行器與進氣道內外乘波一體化裝置，使二者的結合實現飛行器總體升與推與阻性能的最大化。由于二者工作要求不同，很長一段時間里，人們一直認為一體化就是分別設計兩個高性能部件，對它們進行相干疊加和相互折衷。但一體化問題絕非如此簡單。美國空軍高超聲速計劃首席科學家Mark?Lewis在文獻（M.Lewis,A?Hypersonic?Propulsion?Airframe?Integration?Overview,39th?AIAA與ASME與SAE與ASEE?Joint?Propulsion?Conference?and?Exhibit,2003）中指出，雖然完善的乘波理論可以幫助我們很容易地設計出升阻比7～8的飛行器，但現有的匹配上發動機的高超聲速飛行器升阻比最大也只有3.8。由此可見，目前制約高超聲速系統總體性能的關鍵問題是缺乏高效的飛行器與進氣道一體化裝置。

發明內容

本實用新型的目的旨在提供一種高超聲速飛行器與進氣道內外乘波一體化裝置。