[發明專利]組合動力軸對稱變幾何進氣道、發動機及進氣道控制方法

有效

• 申請號: 201410498544.5
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104481700A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 袁化成;王亞崗;劉君;章欣濤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02C7/042
• 分類號: F02C7/042;F02C7/057
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊楠

技術領域

本發明涉及一種組合動力軸對稱變幾何進氣道及其控制方法，特別是涉及一種基于組合動力軸對稱變幾何進氣道幾何調節規律下的附面層吸除裝置及其控制方法，屬于進氣道氣動領域。

背景技術

由于氣體粘性的作用，靠近物體表面處的流動薄層內，氣流流動速度很低，沿物面法線方向的速度梯度很大的一層區域叫做附面層。在附面層中，粘性力作用不可忽略。進氣道內附面層的存在極大影響了進氣道的氣動性能，一方面，其降低了進氣道的非粘性流通面積，研究表明，在來流馬赫數2.65下，軸對稱進氣道中心錐上喉道處的附面層厚度約占高度的20％；另一方面，超聲速進氣道內激波系結構復雜，激波與附面層相互作用，使反射激波后的附面層增厚，增加了進氣道的畸變，嚴重時可能導致附面層分離，使進氣道性能下降，分離嚴重時，進氣道將無法正常穩定工作。綜上所述，進氣道設計時，應對附面層的發展進行適當的控制。

對進氣道附面層進行控制，不僅可以擴大進氣道的穩定工作范圍，還可以提高進氣道的某些氣動性能(如總壓恢復)，因此，如何消除或減弱進氣道內附面層帶來的負面影響成為進氣道設計中的一個研究重點。附面層控制主要可分為被動控制與主動控制兩種，方法主要有：附面層吸除、吹除，或用渦流發生器。研究表明，附面層吸除效果較好，且可適應不同的工況，附面層吸除的原理就是利用進氣道內表面當地靜壓與外界環境靜壓之差，通過隔道或抽吸裝置將低能的附面層氣流排到外界環境或有效加以利用的一種技術。

實踐證明，通過合理的附面層流量吸除，能夠較好地改善進氣道的綜合性能，對于提高飛行器的整體性能來說意義重大，因此，國內外大部分進氣道均配備附面層吸除裝置。如美國SR-71軸對稱變幾何進氣道中心錐壁面開設了附面層抽吸孔，日本的ATREX軸對稱變幾何進氣道也在中心體及唇罩上設置了抽吸多孔板以排走附面層。

從已有資料分析發現，附面層吸除量存在最優狀態，若吸除量過小，沒有達到最理想的效果；若吸除量過大，則部分主流也隨之損失，不僅對總壓恢復的提高無益，還使得進氣道流量損失過大，對發動機推力造成不利影響。對于組合發動機而言，其工作馬赫數范圍十分寬廣。由于來流條件的變化導致雷諾數不同，從而附面層發展狀態也有所差異，至吸除位置處的附面層相對厚度也不同。不同來流條件下均有對應的最佳吸除量，而對一般的進氣道而言，不同來流馬赫數下最佳吸除量所對應的附面層吸除槽尺寸也不同，因此，若要在不同狀態下均能達到最佳的附面層吸除效果，則要求吸除槽尺寸能夠隨來流條件的改變而調節。目前國內外進氣道上附面層吸除裝置的尺寸均是固定的，并不能實現上述效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種組合動力軸對稱變幾何進氣道，該進氣道中心錐壁面設置的附面層吸除槽的尺寸能夠隨著來流馬赫數的不同自由調節，使不同來流條件下進氣道均有較優的氣動性能。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種組合動力軸對稱變幾何進氣道，包括外罩、中心桿、連接支撐，所述中心桿與外罩通過連接支撐連接，還包括中心錐，所述中心錐包括相互獨立的兩部分：前半錐和后半錐，且前半錐與后半錐的結合處為中心錐的半徑最大處，所述中心桿內置驅動裝置，可分別驅動前半錐和后半錐沿中心桿的軸線方向移動，前半錐與后半錐之間的縫隙為附面層吸除槽，所述附面層吸除槽為周向360度的槽口，所述中心錐的內部以及連接支撐的內部均為空心，連接支撐與后半錐連接，并且中心錐內部與連接支撐內部連通后通向所述外罩的外部。

優選的，所述附面層吸除槽與中心桿指向來流方向的夾角為13.2度。

優選的，所述附面層吸除槽的寬度范圍為2.3-4.5mm。

一種組合動力軸對稱變幾何進氣道的控制方法，當所述組合動力軸對稱變幾何進氣道的來流馬赫數保持不變，所述后半錐位于中心桿上最靠近所述連接支撐的位置，所述驅動裝置驅動前半錐沿中心桿軸線方向移動，并停止在使外壓激波交匯于外罩唇口的位置；當來流馬赫數減小，前半錐和后半錐均在中心桿上沿遠離所述連接支撐的方向移動，且所述附面層吸除槽的寬度增大；當來流馬赫數增大，前半錐和后半錐均在中心桿上沿靠近所述連接支撐的方向移動，且所述附面層吸除槽的寬度減小。

一種發動機，包括進氣道，所述進氣道為上述組合動力軸對稱變幾何進氣道。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

1、本發明的進氣道附面層吸除槽的尺寸是不固定的，它能夠隨著來流條件的改變而自由調節。