[發明專利]三維內轉四通道高超聲速組合進氣道的設計方法

有效

• 申請號: 201910015906.3
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109733634B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 尤延鋮;胡占倉;朱呈祥;孔凡
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B64F5/00
• 分類號: B64F5/00;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

1.三維內轉四通道高超聲速組合進氣道的設計方法，其特征在于包括以下步驟：

1)設計工作馬赫數范圍為Ma＝4～6的沖壓通道，具體方法為：

1.1設計三維內轉類矩形壓縮型面：沖壓通道的設計以ICFD流場為設計基礎，將沖壓通道的設計馬赫數為來流條件，根據所要求的來流馬赫數、喉道馬赫數以及壓縮型面前端初始楔角，在ICFD流場中得到一條內收縮基本流場的壁面型線，根據設計要求選取基本流場流線的有效部分；再運用特征線法求解軸對稱內收縮基本流場，得到內乘波式進氣道的入射激波和軸對稱內收縮基本流場的反射激波，入射激波和基本流場回轉中心線的交點設計為進氣道的唇口，入射激波和基本流場流線的有效部分的交點設計為進氣道前緣點位置，反射激波和基本流場流線的有效部分的交點為內收縮基本流場有效終點；然后根據設計三維內轉類矩形壓縮型面肩部，在得到的基本流場中運用逆向流線追蹤法追蹤出的流線通過基本流線有效部分離散成的點集形成進出口截面均為類矩形的三維內轉類矩形壓縮型面；

1.2沖壓通道隔離段：將沖壓通隔離段設計為擴張型面，根據沖壓通道隔離段的擴張比以及沖壓通道隔離段橢圓形出口的要求設計沖壓通道隔離段，三維內轉類矩形壓縮型面肩部與沖壓通道隔離段橢圓形出口之間采用面積均勻過渡生成型面；

2)設計引射火箭通道分流板和渦輪通道分流板，進入引射火箭通道和渦輪通道的氣流經過分流板轉動調節，在設計分流板時要結合引射火箭通道、渦輪通道的布局進行設計，具體方法分為：

2.1設計引射火箭通道分流板和渦輪通道分流板：引射火箭通道和渦輪通道不共用同一分流板，將引射火箭通道分流板布置在三維內轉類矩形壓縮型面的上壁面，兩個渦輪通道分流板布置在三維內轉類矩形壓縮型面的左右兩側；引射火箭通道分流板的末端型線所在的豎直截面面積與三維內轉進氣道壓縮型面肩部面積的壓縮比控制在1.1以下，結合設計要求選定引射火箭通道分流板末端，根據預設的引射火箭通道分流段的出口的面積，同時保證引射火箭通道分流板的旋轉角度不過大，從旋轉后的末端向前延伸與三維內轉類矩形壓縮型面相交，交線即設計為引射火箭通道分流板的旋轉軸；渦輪通道分流板的旋轉軸與引射火箭通道分流板的旋轉軸控制在同一截面，根據預設的渦輪通道分流段的出口面積，以及保證渦輪通道分流板的旋轉角度不過大的要求，確定渦輪通道分流板的末端；

2.2設計引射火箭通道分流板旋轉角度和渦輪通道分流板旋轉角度：旋轉角度取決于引射火箭通道分流板、渦輪通道分流板末端長度以及引射火箭通道擴張段和渦輪通道擴張段的入口面積要求，為了降低膨脹的影響，控制旋轉角度不超過10°，根據步驟(1)中設計的引射火箭通道分流板的旋轉軸和渦輪通道分流板的旋轉軸，確定引射火箭通道分流板的旋轉角度和渦輪通道分流板的旋轉角度；

2.3設計分流板旋轉方式：模態轉換過程中引射火箭通道分流板和渦輪通道分流板的旋轉，會對通過的氣流造成影響，會產生局部的膨脹現象，為了降低影響，使來流平穩地流入渦輪通道、引射火箭通道及沖壓通道，選擇勻速旋轉的方式來調節分流板；

3)設計工作馬赫數范圍為Ma＝0～2的渦輪通道擴張段，具體方法為：

3.1設計渦輪通道類矩形可調擴張段：渦輪通道類矩形可調擴張段的旋轉型面在模態轉換中旋轉可調，控制其與渦輪通道分流板的調節同步，提高模態轉換過程的密封性；由于渦輪通道類矩形可調擴張段的旋轉型面在模態轉換過程中旋轉，所述擴張段設計為類矩形；根據設計的該擴張段的擴張比，及15°以內的旋轉角度，結合渦輪通道分流段的出口截面確定渦輪通道可調擴張段的長度及渦輪通道類矩形可調擴張段轉動型面的旋轉軸；根據確定的渦輪通道類矩形可調擴張段出口的形狀，采用面積均勻過度的形式與渦輪通道分流段的出口之間生成渦輪通道類矩形可調擴張段的其余型面；

3.2設計渦輪通道不可調擴張段：渦輪通道類矩形可調擴張段的出口為類矩形，渦輪通道出口截面為圓形，為了保證渦輪通道不可調擴張段型面的光滑過渡，使用三次曲線；以兩端與渦輪通道類矩形可調擴張段的出口及渦輪通道的出口相切設置端點處的斜率，生成連接渦輪通道不可調擴張段進出口的三次曲線，隨后采用面積均勻過渡的形式，生成渦輪通道不可調擴張段的型面；

4)設計工作馬赫數范圍為Ma＝2～4的引射火箭通道擴張段，具體方法為：

4.1設計引射火箭通道類矩形可調擴張段：引射火箭通道類矩形可調擴張段的旋轉型面在模態轉換中旋轉可調，控制其與引射火箭通道分流板的調節同步，提高模態轉換過程的密封性；由于引射火箭通道類矩形可調擴張段的旋轉型面在模態轉換過程中旋轉，所述擴張段設計為類矩形；根據設計的該擴張段的擴張比，及20°以內的旋轉角度，結合引射火箭通道分流段出口截面確定引射火箭通道可調擴張段的長度及引射火箭通道類矩形可調擴張段的旋轉型面的旋轉軸；根據確定的引射火箭通道類矩形可調擴張段的出口形狀，采用面積均勻過度的形式與引射火箭通道分流段出口之間生成引射火箭通道類矩形可調擴張段的其余型面；

4.2設計引射火箭通道不可調擴張段：引射火箭通道類矩形可調擴張段的出口截面為類矩形，引射火箭通道的出口截面為圓形，為了保證引射火箭通道不可調擴張段型面的光滑過渡，使用三次曲線，以兩端與引射火箭通道類矩形可調擴張段的出口截面及引引射火箭通道的出口截面相切設置端點處的斜率，生成連接引射火箭通道不可調擴張段進出口的三次曲線，隨后采用面積均勻過渡的形式，生成引射火箭通道不可調擴張段的型面。