[實用新型]高超聲速三通道進氣道

有效

• 申請號: 201720110664.2
• 申請日: 2017-02-06
• 公開（公告）號: CN207297170U
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 張旭;尤延鋮;朱呈祥
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: F02C7/042
• 分類號: F02C7/042
• 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

本實用新型涉及航空器的高超聲速進氣道，尤其是涉及高超聲速三通道進氣道。

背景技術

在國際競爭日趨激烈的今天，航空器也將迎來由亞聲速、跨聲速、超聲速發展到高超聲速的技術革命，鑒于高超聲速飛行器在國防安全及低成本進入太空等方面的應用價值，世界各大航空航天強國都在大力推行高超聲速飛行器的研制計劃，而對于目前處在世界第二大經濟體的我國來說，在高超聲速飛行器的研究上取得進展也將成為令我國在大國博弈中占據優勢的重要一步。在目前單一模式的發動機無法滿足高超聲速飛行器大跨度飛行馬赫數范圍的條件下，出現了基于渦輪和火箭的兩種組合循環動力裝置，而基于渦輪的組合動力裝置(TBCC)由于其可重復使用、發射與著陸點靈活、飛行成本低等特點具有很大的發展潛力([1]王占學,劉增文,王鳴.渦輪基組合循環發動機技術發展趨勢和應用前景[J].航空發動機,2013,39(3):12-17)。

進氣道需要為發動機提供符合要求進氣量的高壓低速均勻來流，是高超聲速飛行器推進系統中的重要部件，早期一種典型的TBCC推進系統采用內并聯雙通道進氣道使氣流進入進氣道后通過喉道分別流入渦輪通道和沖壓通道，并通過控制分流板的位置實現由渦輪模態向沖壓模態的轉換。然而這種方案在沖壓發動機啟動馬赫數較高的前提下對渦輪發動機的工作范圍提出了很高的要求，而現有渦輪發動機的設計工作馬赫數范圍并不能完全覆蓋超燃沖壓發動機的啟動馬赫數，所以在分流板的位置由雙通道全開調節至關閉渦輪通道即模態轉換的過程中，會由于渦輪發動機性能下降而出現推力不足的情況([2]Adam Siebenhaar,Thomas J.Bogar,Integration and Vehicle Performance Assessment of The Aerojet“TriJet”Combined-Cycle Engine,16th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference,2009)，這將導致推進系統在此過程中的加速性能受影響而無法順利完成模態轉換。

為彌補模態轉換過程中推力不足的缺陷，考慮在原有內并聯雙通道進氣道的基礎上，在低速渦輪通道和高速沖壓通道之間增加引射火箭通道，同樣通過可調分流板來實現模態轉換，這種進氣道對應的組合式發動機稱為三通道組合循環發動機(TriJet)，其包含三種推進系統，即在渦輪和超燃沖壓基礎上，以引射火箭來代替模態轉換過程中渦輪發動機的作用，提供更大的推力，確保發動機轉級階段的正常運行。但由于TriJet進氣道較TBCC發動機進氣道還要多出一個火箭通道，可用空間相當有限，結構布局及不同模態之間轉換的控制難度很大，故對三通道進氣道的研究對高超聲速飛行器的發展具有深遠而重要的意義。

發明內容

本實用新型的目的在于提供可提高模態轉換過程中發動機推力性能的高超聲速三通道進氣道。

本實用新型設有沖壓通道、引射火箭通道、渦輪通道和分流板，其中沖壓通道由三維方轉橢圓進氣道壓縮型面、三維方轉橢圓進氣道唇口、三維方轉橢圓進氣道肩部型線、沖壓通道隔離段組成，三維方轉橢圓進氣道壓縮型面由前緣捕獲型線在設計馬赫數下的基本流場中通過逆向流線追蹤生成，沖壓通道隔離段由三維方轉橢圓進氣道肩部型線向后等直拉伸得到，引射火箭通道和渦輪通道通過分流板轉動形成的空間與三維方轉橢圓進氣道壓縮型面進行連接過渡，火箭通道擴張段渦輪通道擴張段分別根據給定尺寸形狀的火箭通道出口和渦輪通道出口采用面積均勻過渡的方式生成型面。

所述沖壓通道為高速沖壓通道，所述渦輪通道為低速渦輪通道。

本實用新型的結構包括三維方轉橢圓進氣道的壓縮型面、高速沖壓通道隔離段、引射火箭通道擴張段、低速渦輪通道擴張段和分流板。其中三維方轉橢圓進氣道的壓縮型面采用特征線法和逆向流線追蹤方法產生型面，其余部分使用面積均勻過渡的方式生成型面。

本實用新型不僅保持了完全氣動過渡的三維方轉橢圓進氣道的優點，能夠在設計馬赫數下保證全流量來流捕獲且在低馬赫數下自動調整溢流，而且采用引射火箭代替模態轉換過程中的渦輪提供推力，提高推進系統的整體性能。