[發明專利]一種帶增壓流動控制裝置的TBCC用SERN結構

有效

• 申請號: 201610378297.4
• 申請日: 2016-05-30
• 公開（公告）號: CN106014683B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 史經緯;周莉;張明陽;王占學;孫嘯林;程穩
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K1/28
• 分類號: F02K1/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及航空發動機技術領域，尤其是一種應用于高超聲速飛行器的帶流動控制的單斜面膨脹噴管結構，具體地說是可實現噴管過膨脹下推力系數恢復及俯仰力矩控制的噴管結構。

背景技術

目前，自人類的身影開始出現在天空之上，對飛行的要求就日益增加。尤其是步入21世紀以來，空間載荷的低成本投送、對超遠距離目標的快速打擊、以及全球范圍的高速運輸，種種諸如此類的目標都使得人們對遠程、高速飛行器的需求日益膨脹，如以渦輪沖壓發動機(TBCC)為動力的高速飛行器。該種高超聲速飛行器是繼螺旋槳和噴氣式飛機之后，世界航空史上的出現的第三次革命，也是本世紀航空航天領域的技術制高點，開展高超聲速飛行器研究具有前瞻性、戰略性和帶動性，將對軍事、經濟和人類社會文明產生不可估量的深遠影響。

未來超聲速/高超聲速飛行器是一個推進裝置與飛行器機身高度一體化的系統，在飛行器的一體化設計中必須考慮排氣噴管這一重要組成部件對發動機性能的影響。排氣噴管是發動機推力的主要產生部件，在飛行馬赫數6時，它產生的推力可達發動機總推力的70％左右，排氣噴管設計的好壞直接影響到整個發動機的性能。由于超聲速/高超聲速飛行器的寬廣飛行包線，為了達到最好的噴管內部性能，要求噴管的落壓比達到數百甚至上千，膨脹比達到幾十。傳統的軸對稱噴管存在膨脹面的機械限制和密封機制等問題，這使得噴管的最大膨脹比無法滿足上述要求。為了解決這一問題，排氣系統常常采用單膨脹斜面噴管(single Expansion Ramp Nozzle，簡稱SERN)的形式，SERN特有的優勢在于：飛行器后體的下表面可以作為SERN的外膨脹斜面從而獲得非常高的膨脹比；SERN的下斜板相對較短，它和飛行器的一體化可大大減小推進系統的重量。此外，SERN相對于傳統噴管更容易實現推力矢量控制和反向推力，用以提高飛行器的機動性：SERN還可以減小噪聲、降低紅外目標特性，提高飛行器的生存能力。由于SERN的設計馬赫數和設計膨脹比都很高，而工作范圍又非常寬廣，在低的飛行馬赫數和低的落壓比下(跨聲速階段)，噴管內流將會處于過膨脹狀態，噴管的性能顯著惡化，推力系數大幅降低。如何提高低落壓比條件下大膨脹比SERN的性能成為了一個亟待解決的問題。國內外針對這一問題開展了大量研究，提出了許多解決方案，其中絕大多數方案需要復雜的機械控制系統，但機械系統會增加發動機的重量，使噴管在高溫環境下的運動部件增多，加重冷卻系統負擔，提高設計成本，并會增大雷達反射面積，降低飛行器的隱身性能。

鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本創作。

發明內容

為了克服高超聲速飛行器在跨聲速階段出現的技術不足，實現全包線范圍內高超聲速用單斜面膨脹噴管(SERN)的高性能工作，本發明提供了一種帶增壓流動控制裝置的單斜面膨脹噴管結構；該結構在保持高超聲速飛行器高度飛/發一體化優勢的前提下，融合了主動流動控制技術，在不明顯增加所需控制能量的前提下，采用簡單的管道及增壓裝置實現過膨脹狀態時斜激波位置的控制，進而改善噴管在單斜面上的壓力分布以及推力性能以及俯仰性能，從而可實現高速聲速飛行器排氣系統的高氣動性能。

為實現上述目的，本發明提供一種帶增壓流動控制裝置的TBCC用SERN結構，其包括單斜面膨脹噴管的下壁面、單斜面膨脹噴管的收縮段和單斜面膨脹噴管單邊膨脹段；還包括設置在單斜面膨脹噴管單邊膨脹段上的帶增壓流動裝置；

所述的帶增壓流動裝置包括U型聯通管道和設置在U型聯通管道上的增壓器，并且，U型聯通管道的前端口置于斜激波與單斜面膨脹噴管單邊膨脹段的交點之前，U型聯通管道的后端口置于斜激波與單斜面膨脹噴管單邊膨脹段的交點之后。

進一步地，所述的U型聯通管道的位置設置使激波與單邊膨脹段的交點處于U型聯通通道位置中心處。

進一步地，所述的增壓器的壓比為1.02-1.05，通過對流經聯通裝置氣流的加壓，使分流區中較多的氣流量被抽出，然后經過前端口以較大的速度噴出。