[發明專利]同級壓縮面二次流自循環氣動式可調進氣道及控制方法

有效

• 申請號: 201611103087.0
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106697306B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 譚慧俊;王晨曦;莊逸;孫姝;黃河峽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64D33/02
• 分類號: B64D33/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 張弛

技術領域

本發明涉及飛行器進氣道設計領域。

背景技術

進氣道作為沖壓發動機的進氣裝置，是吸氣式推進系統的三大關鍵氣動部件之一，直接面對高馬赫數來流和工況復雜的燃燒室，其設計形式和工作特性顯著影響著整個推進系統乃至飛行器的總體性能。在實際應用中，沖壓發動機需要工作在較寬的飛行包線內，這就要求進氣道具有較為寬廣的馬赫數工作范圍。然而，在常規定幾何進氣道設計時通常以最高飛行馬赫數為設計點，保證此時的前體壓縮波系貼口。但定幾何進氣道的激波貼口狀態僅在設計馬赫數下實現，當來流馬赫數低于設計馬赫數時，進氣道前體壓縮波系向上游偏轉，導致進氣道流量系數顯著下降，并帶有顯著的溢流和附加阻力，對飛行器加速極為不利；當來流馬赫數高于設計馬赫數時，前體波系則會在唇罩內側匯聚，并誘導出強滑移層進入內通道，增加流動損失，惡化流場品質，嚴重時還會導致進氣道不起動。顯然，定幾何進氣道在非設計點的性能惡化，嚴重影響整個推進系統性能的發揮。因此，需要引入必要的調節措施對前體激波系進行控制。目前，對于前體波系的調節主要有變幾何調節和定幾何調節兩種方式，其中通過變幾何方式實現對激波傾角和激波位置控制是目前研究最為廣泛的一種技術手段，但其常存在調節機構復雜、進氣道體積和重量大、熱防護及封嚴困難等問題。

與此同時，各國學者也在積極探索新概念的定幾何激波控制技術，目前研究較多的有磁流體控制方法、局部等離子體放電控制方法、局部加熱控制方法等。其中，基于等離子體氣體激勵的激波控制技術是該領域的熱點。但此類技術需要布置復雜的附屬裝置，將占用飛行器的大量寶貴空間，同時會對飛行器的其他電子設備帶來一定的負面影響。由此可以看出已有的各種控制技術均存在明顯的缺點，在實際使用過程中受到了諸多限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種同級壓縮面二次流自循環氣動式可調進氣道，該進氣道占用空間小，結構簡單，無需狹長的引氣管路，調節機構少，布置靈活。另外，相較于現有的內通道引流方案，該進氣道可以避免從內通道引氣帶來的內通道流動不穩定、進氣道起動性能下降的不利影響。

為達到上述目的，本發明可采用如下技術方案：

一種同級壓縮面二次流自循環氣動式可調進氣道，包括進氣道壓縮面、位于進氣道壓縮面外側的進氣道唇罩、覆蓋在進氣道壓縮面前部的溢流蓋板、位于溢流蓋板下方的穩壓腔、安裝在壓縮面上并位于溢流蓋板后端的轉動蓋板；所述穩壓腔與溢流蓋板的后端設有進口；所述轉動蓋板在打開位置及關閉位置之間轉動，當轉動蓋板位于關閉位置時，轉動蓋板將進口關閉；當轉動蓋板位于打開位置時，進口打開。

有益效果：本發明的同級壓縮面二次流自循環氣動式可調進氣道，利用轉動蓋板位于打開位置時在流場中誘導出斜激波，且氣流經該斜激波壓縮，在轉動蓋板的引導下進入穩壓腔形成二次流，從而在同級壓縮面上人為制造壓差驅動二次流流動；由于激波的預增壓作用使得二次流的壓力高于上游來流壓力，二次流得以順利經溢流蓋板噴射注入流場。本發明中的二次流流動的產生方式取代傳統方案中從二級壓縮面或者喉道等高壓區引流的做法，從而無需狹長的引氣管路及復雜的調節機構，在拓寬進氣道工作馬赫數范圍，提高進氣道在低于設計馬赫數時流量系數的同時，保證了進氣道整體結構簡單、占用空間小。由于無需狹長的引氣管路，因此避免了復雜的封嚴/熱防護問題，提高了進氣道體積使用效率。同時，避免了在內通道布置引氣口所帶來的對進氣道起動性能和隔離段耐反壓能力的影響。

在上述技術方案的基礎上，本發明的技術方案還可以進一步包括以下改進：

所述轉動蓋板的下方設有電磁鐵，轉動蓋板的底部還固定有擠壓在電磁鐵以及轉動蓋板底面之間的彈簧；轉動蓋板具有被電磁鐵吸引的鐵磁性質。這樣即可通過控制電磁鐵的通電及彈簧的回彈效果起到控制轉動蓋板開閉的效果。

進一步的，所述進氣道壓縮面與進氣道唇罩之間形成進氣主通道，所述溢流蓋板、轉動蓋板均位于進氣主通道之外。這里進一步定義該溢流蓋板、轉動蓋板在整體結構中所處的位置。

進一步的，所述溢流蓋板上設置有多個貫穿溢流蓋板并連同穩壓腔的縫或孔。通過縫或孔起到均勻的溢流效果，合理的溢流孔/縫布置可以形成類似于等熵壓縮面的氣動邊界。

進一步的，所述轉動蓋板的底面前端部分形成傾斜的引導面，當轉動蓋板位于打開位置時，引導面的頂端高過所述進口，使轉動蓋板在流場中凸起從而使轉動蓋板前方氣流在沖壓作用下進入穩壓腔。利用轉動蓋板打開時在流場中形成的斜激波，對壁面附近的部分來流實現預增壓，使得進入穩壓腔的氣體壓力高于上游來流壓力。