[發(fā)明專利]基于形狀記憶合金的TBCC進氣道調(diào)節(jié)機構設計方法

有效

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• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112623237B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設計）人: 穆瑞;張凱瑞;張宇鋒;陳錦豪;尤延鋮;朱呈祥
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B64D33/02
• 分類號: B64D33/02;B64F5/00
• 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

基于形狀記憶合金的TBCC進氣道調(diào)節(jié)機構設計方法，涉及TBCC進氣道技術領域。包括以下步驟：1)通過溫度控制形狀記憶合金的形變來調(diào)節(jié)門體形狀，實現(xiàn)支氣道通風口的開啟與閉合；2)在閉合時保證通風口的密閉特性；3)在門體打開和關閉過程中實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)；4)將門體形狀按照主進氣道內(nèi)壁輪廓進行設計。達到開啟時通風口面積無遮擋的效果。將形狀記憶合金應用于TBCC發(fā)動機進氣道領域，其解決基于單板繞中心軸轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)支氣道通風口面積的方案中，所需力矩過大的問題。其方便控制，實現(xiàn)在開合過程中對支氣道通風面積的連續(xù)調(diào)節(jié)，和在閉合時的完全密閉。

技術領域

本發(fā)明涉及TBCC進氣道技術領域，特別是涉及一種基于形狀記憶合金的TBCC進氣道調(diào)節(jié)機構設計方法。

背景技術

現(xiàn)今高超聲速飛行器已經(jīng)成為了未來飛行器研究的主要研究方向，具有極強的戰(zhàn)略發(fā)展意義。高超聲速飛行器的飛行范圍十分寬廣，為使其在亞聲速、跨聲速、超聲速下都可正常飛行，那么對其發(fā)動機的要求會更高。但如今航空渦輪發(fā)動機支持的飛行范圍是馬赫數(shù)0～3，亞燃沖壓發(fā)動機支持的飛行范圍是馬赫數(shù)2～6，超燃沖壓發(fā)動機可以支持飛行馬赫數(shù)大于6的飛行范圍。由此可見，任何單一的吸氣式發(fā)動機都不能支持高超聲速飛行器全速域正常飛行，所以研究者們對組合動力開展了廣泛而深入的研究。

組合式發(fā)動機包含RBCC(火箭基組合循環(huán))發(fā)動機和TBCC(Turbine-Based-Combined-Cycle，渦輪基組合循環(huán))發(fā)動機兩大類；其中TBCC發(fā)動機是將渦輪發(fā)動機(包括渦噴、渦扇發(fā)動機)和沖壓發(fā)動機(包括亞燃、超燃和雙模態(tài)燃燒沖壓發(fā)動機)的兩種技術相結合后研制的,其整合了渦輪發(fā)動機和沖壓發(fā)動機在各自適用飛行范圍內(nèi)的優(yōu)勢，使其具有可常規(guī)起降、重復使用、可靠性高、低速性能好、技術風險小等優(yōu)點，具有很好的工程應用前景。

進氣道是TBCC發(fā)動機的重要組成部分，并且如何改進進氣道的氣動性能和不同飛行狀態(tài)下的實用性已被認為是TBCC發(fā)動機的關鍵技術之一。Huebner L D等人對以轉(zhuǎn)動唇口方式的調(diào)節(jié)機構進行了研究，該機構在助推過程中將進氣道封閉，可以提高助推的可靠性和穩(wěn)定性，且進氣道由關閉到打開的過程能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)收縮比的調(diào)節(jié)，可以使過壓縮的進氣道實現(xiàn)啟動而以往單塊板調(diào)節(jié)進氣道通風面積的方案存在調(diào)節(jié)力矩過大等問題，但其存在唇口開啟過程中對飛行器會產(chǎn)生一定的沖擊力的問題。在《一種埋入隔板內(nèi)部的TBCC并聯(lián)尾噴管調(diào)節(jié)機構》中調(diào)節(jié)機構使用單隔板對支氣道通風口進行調(diào)節(jié)，不免存在調(diào)節(jié)力矩過大等問題。因此，有必要提出基于形狀記憶合金的TBCC進氣道調(diào)節(jié)機構設計方法，以改善并提高TBCC發(fā)動機在整個飛行過程中的效率。

形狀記憶合金因其獨特的形狀記憶效應，已廣泛應用于航空航天領域。同時為滿足寬速域飛行器的使用需求，超高溫形狀記憶合金的研究逐步受到人們的重視。其中，最近發(fā)展起來的Ta-Ru和Ru-Nb合金尤為突出。Ru元素的性質(zhì)十分特殊，其具有高熔點、高硬度等特點。將Ta-Ru和Ru-Nb作為形狀記憶合金的材料，可提高材料的致密性和抗拉強度，可產(chǎn)生較強的拉力帶動門體產(chǎn)生形變，從而實現(xiàn)支氣道通風口的開合。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術中的缺陷，提供一種基于形狀記憶合金的TBCC進氣道調(diào)節(jié)機構設計方法。該機構達到了開啟時通風口面積無遮擋的效果。該調(diào)節(jié)機構的實現(xiàn)過程為：當環(huán)境溫度升高并持續(xù)處于高溫時，形狀記憶合金伸長并維持伸長狀態(tài)，拉伸彈簧使得所有門體呈直線，封閉支氣道；當環(huán)境溫度降低并持續(xù)處于低溫時，彈簧拉力使得形狀記憶金屬變形，致使門體彎曲，打開支氣道。該機構將形狀記憶合金應用于TBCC發(fā)動機進氣道領域，其解決了基于單板繞中心軸轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)支氣道通風口面積的方案中，所需力矩過大的問題；其方便控制，實現(xiàn)在開合過程中對支氣道通風面積的連續(xù)調(diào)節(jié)，和在閉合時的完全密閉。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)通過溫度控制形狀記憶合金的形變來調(diào)節(jié)門體形狀，實現(xiàn)支氣道通風口的開啟與閉合；

2)在閉合時保證通風口的密閉特性；

3)在門體打開和關閉過程中實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)；