[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

三維內轉四通道高超聲速組合進氣道的設計方法。設計工作馬赫數范圍為Ma＝4～6的沖壓通道；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；設計工作馬赫數范圍為Ma＝0～2的渦輪通道擴張段；設計工作馬赫數范圍為Ma＝2～4的引射火箭通道擴張段。三維內轉四通道高超聲速組合進氣道包括三維內轉進氣道壓縮型面、沖壓通道擴張隔離段、渦輪通道分流段、渦輪通道類矩形可調擴張段、渦輪通道可調不可調擴張段、引射火箭通道分流段、引射火箭通道類矩形可調擴張段、引射火箭通道不可調擴張段。

技術領域

本發明涉及寬速域航空飛行器的高超聲速進氣道，尤其是涉及三維內轉四通道高超聲速組合進氣道的設計方法。

背景技術

自航空飛行器誕生以來，一直都是世界各國爭相發展的對象，無論是作為交通運輸還是國防裝備，航空飛行器的地位都是舉足輕重的。人類對飛行器性能和速度的追求是無止境的，大量的科技研究及創新使飛行器迅速地從亞聲速飛行發展到跨聲速、超聲速以及目前眾多國家都在大力發展的高超聲速飛行。高超聲速飛行器飛行速域較寬，以往單一模式的發動機無法滿足高超聲速飛行器的需求，所以出現了組合動力裝置，旨在為高超聲速飛行器提供可靠的動力([1]張華軍，郭榮偉，李博.TBCC進氣道研究現狀及其關鍵技術[J]空氣動力學報，2010，28(05)：613-620)。

組合動力裝置的出現，極大地促進了高超聲速飛行器的發展，以往單一模態的進氣道也無法為多模態的組合動力裝置提供穩定的高品質氣流。進氣道是高超聲速推進系統里重要的組成部分，只有進氣道提供穩定的高品質來流，組合發動機才能高性能的工作。([2]彭小波.組合動力飛行器技術發展[J]導彈與航天運載技術，2016(5)：1-6)隨著TBCC組合發動機(渦輪、沖壓發動機的組合)的發展，結構相對簡單的雙通道的內、外并聯進氣道發展相對較多，雙通道進氣道即通過控制分流板的轉動，從而實現進氣道模態的轉換。但由于沖壓發動機的起動馬赫數較高，渦輪發動機需要工作到很高的馬赫數才能進行模態轉換，而現有的渦輪發動機并不能達到其要求，所以在該類型進氣道進行模態轉換時會出現推力不足的現象。為了彌補此缺陷，Trijet組合發動機(渦輪、引射火箭、沖壓發動機的組合)，同時將進氣道發展為三通道組合進氣道，在雙模態基礎上增加引射火箭模態，形成渦輪模態到沖壓模態之間的過渡，彌補飛行器從渦輪到沖壓模態轉換過程中了推力不足，其中典型的一款為上中下式(上中下分別為渦輪通道、引射火箭通道、沖壓通道)的高超聲速三通道進氣道。雖然該類型的組合動力在一定程度上改善了模態轉換過程中推力不足的狀況，但是同時也帶來了新的問題，如進氣道的分流板在模態轉換過程中旋轉角度過大造成氣流局部過大膨脹、渦輪通道入口面積過小流量不足等問題。由于進氣道設計的不足，導致組合動力無法高性能的工作，所以一款高性能的進氣道會在一定程度上促進高超聲速飛行器的發展。

考慮到雙通道進氣道與三通道進氣道設計的不足，同樣采用渦輪、引射火箭、沖壓發動機三種動力裝置組合，選擇新的進氣道通道布局方式，將高超聲速進氣道優化設計為四通道組合進氣道。四通道進氣道兩側為渦輪通道，即兩個渦輪發動機同時工作，保證為飛行器提供充足的推力；中間上側為引射火箭通道，采用引射火箭助推，實現渦輪到沖壓模態的平穩過渡，確保發動機轉級過程的順利進行；中間下側為沖壓通道，采用高性能的沖壓發動機，為高速狀態下的飛行器提供充足的推力。該四通道組合進氣道的分流板分別開在沖壓通道的上側和左右兩側，避免了單個分流板旋轉角度過大產生膨脹等問題，可以有效地改善三通道進氣道的設計缺陷。此種布局形式的四通道進氣道結構緊湊、模態轉換過程穩定可靠，工作性能良好，促進對進氣道模態轉換的研究，對于組合動力技術與高超聲速飛行器的發展有著重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可提高模態轉換過程穩定性、布局形式更緊湊、各模態下工作性能較高的三維內轉四通道高超聲速組合進氣道的設計方法。

本發明包括以下步驟：

1)設計工作馬赫數范圍為Ma＝4～6的沖壓通道；