[發明專利]一種非均勻壓縮系統及其設計方法

有效

• 申請號: 202011402431.2
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112483253B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 王璐;錢戰森;高亮杰;辛亞楠;高明;李雪飛
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽空氣動力研究所
• 主分類號: F02C7/04
• 分類號: F02C7/04;F02C7/22;F02K7/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明公開了一種非均勻壓縮系統及其設計方法，該方法采用定幾何型面壓縮結合化學反應釋熱氣動壓縮的設計方法，減小發動機對進氣道幾何型面壓縮量的需求，拓展定幾何進氣道在寬速域下的氣動性能。

技術領域

本發明屬于沖壓發動機設計技術領域，尤其涉及一種非均勻壓縮系統及其設計方法。

背景技術

由于可以利用外界大氣中的氧化劑進行燃燒，吸氣式發動機比火箭發動機具有更高的比沖和更好的經濟性。來流通過進氣道、壓氣機壓縮減速加壓，供給燃燒室與燃料混合進行燃燒，加溫、加壓后通過噴管膨脹加速噴出從而產生推力。隨著飛行馬赫數的提高，來流總溫、總壓急劇增加，僅依靠高速氣流自身的滯止就能獲得較高的壓比，壓氣機和渦輪就可以省去，此時發動機包含進氣道、燃燒室、尾噴管三大部件，稱為沖壓發動機。一般來說，飛行馬赫數在3以上時，吸氣式飛行器采用沖壓發動機來提供推力。

現在工程使用的沖壓發動機是基于均勻壓縮概念，即假定燃燒室進口截面流場均勻，氣流壓縮全靠進氣系統完成。因此在寬速域飛行條件下為了達到最優比沖，進氣系統在設計時需要滿足收縮比(CR)的巨大變化，如在Ma＝5.0時最優CR為13，在Ma＝10.0時最優CR為30。解決這一問題通常采用的方法是將進排氣系統設計成幾何可調。與固定幾何沖壓發動機相比，可調幾何沖壓發動機不可避免地面臨機械結構重量增加、結構強度降低、調節控制復雜等一系列問題。面對超聲速乃至高超聲速飛行條件下嚴酷的來流條件，定幾何結構是一種非常理想的選擇。而均勻壓縮概念下的定幾何結構設計在寬速域飛行范圍內無法同時滿足低馬赫數飛行時的低壓縮需求和高馬赫數飛行的高壓縮需求。因此，要使得定幾何沖壓發動機能在寬速域范圍內高效可靠地運行，需要跳出均勻壓縮設計定幾何進氣道的思維，基于非均勻氣動壓縮的思想發展一種新的壓縮系統。

發明內容

發明目的

本發明針對傳統定幾何進氣道在寬速域范圍內無法同時滿足低馬赫數飛行時的低壓縮需求和高馬赫數飛行時的高壓縮需求這一問題，提出了一種非均勻氣動壓縮系統及其設計方法，采用氣動壓縮與進氣道定幾何壓縮相結合的方式，減小對進氣道幾何型面壓縮量的需求，拓展定幾何進氣道在寬速域下的氣動性能。

發明技術解決方案

一種非均勻壓縮系統的設計方法，該方法采用定幾何型面壓縮結合化學反應釋熱氣動壓縮。

優選的，包括如下步驟：

第一步：在飛行包線內選取一個來流馬赫數作為設計點設計進氣道幾何型面，進氣道包含高壓縮區域和低壓縮區域，設計后的幾何型面應滿足設計點及飛行包線內設計點馬赫數以下動力裝置對于進氣道的性能要求；

第二步：針對飛行包線內除第一步中選定的設計點馬赫數以上的來流馬赫數，設計氣動壓縮方案。

優選的，第二步中的氣動壓縮方案具體為：在進氣道壁面布置燃油噴嘴，燃油噴嘴能夠向進氣道內噴射燃料，燃料與空氣混合燃燒產生壓縮波對氣流進行壓縮。

一種非均勻壓縮系統，該系統的主體為進口截面面積大于出口截面面積的進氣道；進氣道的底面由角度不同的線或面構成；進氣道的進口端端面兩側高度不同；進氣道內壁面設置有燃料噴嘴。

優選的，進氣道的進口端端面高度較高一側與其對應的出口端高度之比能夠使來流產生足夠的壓縮來使進氣道內的可燃混氣自燃。

優選的，燃料噴嘴的數量為一個或多個。

優選的，燃料噴嘴中軸線與進氣道的內壁面垂直或呈一定角度。

優選的，采用的燃料噴嘴包括旋流霧化噴嘴、同軸噴嘴、氣動霧化噴嘴。

本發明的優點：