[發(fā)明專利]基于雙入射彎曲激波的寬速域進氣道設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110428907.8
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113153529B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 朱呈祥;曹盛;施崇廣;尤延鋮
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學
• 主分類號: F02C7/042
• 分類號: F02C7/042;F02C7/057
• 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.基于雙入射彎曲激波的寬速域進氣道設計方法，其特征在于包括以下步驟：

1）根據(jù)設計要求指定雙入射彎曲激波基準流場兩道三維入射激波，三維入射激波采用彎曲軸對稱形狀設計；

2）將步驟1）中三維彎曲入射激波離散為一系列參考平面，在參考平面內(nèi)根據(jù)入射激波角，激波曲率以及波后參數(shù)，利用彎曲激波理論并結(jié)合兩級壓縮理論求解對應的雙入射彎曲激波基準流場；

3）根據(jù)步驟2）中雙入射彎曲激波基準流場設計三維內(nèi)轉(zhuǎn)兩級曲面壓縮型面：在設計馬赫數(shù)來流條件下，選取兩道彎曲入射激波交點為唇罩點；通過給定寬速域進氣道初始喉道截面型線為類矩形型線，在該基準流場中對初始喉道截面型線進行逆流向流線追蹤得到初始進氣道壓縮型面，該型面由基準流場所決定，為三維內(nèi)轉(zhuǎn)兩級曲面壓縮型面；

4）設計進氣道隔離段：該寬速域進氣道為單渦輪通道；使用“雙S彎”形式的三次樣條曲線作為渦輪通道擴張段的中心線，根據(jù)進氣道總長度要求以及擴張比需求設計擴張段出口位置及截面面積，截面形狀為圓形，將步驟3）中初始喉道截面型線沿渦輪通道擴張段的中心線拉伸至進氣道隔離段上壁面曲線二次導數(shù)為零的位置，此位置也將是在步驟6）中第二級分流板轉(zhuǎn)軸所設計的位置；之后通過調(diào)節(jié)類矩形倒角的半徑實現(xiàn)后部渦輪通道擴張段的面積變化為類矩形轉(zhuǎn)圓的平緩過渡，擴張通道轉(zhuǎn)平之后再將其等直拉伸至設計出口位置，從而得到整個進氣道隔離段理想型面；

5）設計第一級分流板：首先對步驟4）中得到的整個進氣道理想型面進行壁面光順及粘性修正；然后取第一級壓縮型面與第二級壓縮型面的交線并作直線處理后作為第一級分流板的轉(zhuǎn)軸，整個第二級壓縮型面上壁面作為第一級分流板，并取第二級壓縮型面壓縮角為第一級分流板開啟的極限角度，第一級分流板轉(zhuǎn)至與第一級壓縮型面連接端相切的位置即為第一級分流板的上極限位置；

6）設計第二級分流板：取步驟4）中進氣道隔離段上壁面曲線的二次導數(shù)為零的位置作為第二級分流板的轉(zhuǎn)軸位置，取該轉(zhuǎn)軸至進氣道初始喉道截面處的擴張段上壁面作為第二級分流板，其下極限位置由設計實際喉道面積所決定，其轉(zhuǎn)動角度根據(jù)滿足起動性能及泄除多余流量的需求決定；

7）設計初始泄流口面積和實際喉道截面面積：考慮到粘性附面層厚度和泄除激波邊界層干擾產(chǎn)生的低能流，在設計馬赫數(shù)來流條件下，設計初始泄流口面積為5%的初始喉道面積，剩余為實際喉道截面面積，通過改變喉道高度方式實現(xiàn)，不改變喉道截面型線形狀，具體為將第二級分流板向下偏轉(zhuǎn)對應角度，該角度由實際喉道截面面積決定，也即第二級分流板的下極限位置。

2.如權(quán)利要求1所述的基于雙入射彎曲激波的寬速域進氣道設計方法，其特征在于：在步驟5）中，設計的第一級分流板保留基準流場第二級壓縮型面的基本特征，即沿展向和流向均彎曲的型面。

3.如權(quán)利要求1所述的基于雙入射彎曲激波的寬速域進氣道設計方法，其特征在于：在步驟6）中，設計的第二級分流板形狀僅沿流向彎曲，其長度與第一級分流板相匹配。

4.如權(quán)利要求1所述的基于雙入射彎曲激波的寬速域進氣道設計方法，其特征在于：在步驟5）和6）中，設計兩級分流板的運動方式均為勻速運動。

5.基于雙入射彎曲激波的寬速域進氣道，其特征在于：包括進氣道外壓段、渦輪通道隔離段和分流板；所述渦輪通道隔離段包括依次連接的渦輪通道擴張段和渦輪通道等直段，渦輪通道擴張段入口為類矩形型面，渦輪通道擴張段的出口為圓形型面；所述分流板包括第一級分流板和第二級分流板，第一級分流板的轉(zhuǎn)軸設于進氣道第一級壓縮型面的末端位置，另一端為自由端；所述第二級分流板的轉(zhuǎn)軸設于進氣道渦輪通道上壁面曲線的二次導數(shù)為零的位置，另一端為自由端；其中，當進氣道的工作狀態(tài)從設計點轉(zhuǎn)到非設計點時，兩級分流板聯(lián)動配合，分別繞轉(zhuǎn)軸向上勻速運動，根據(jù)滿足起動性能及泄除多余流量的需求，兩級分流板運動到匹配當前工況的最佳位置。

6.如權(quán)利要求5所述的基于雙入射彎曲激波的寬速域進氣道，其特征在于：所述進氣道外壓段依據(jù)雙入射彎曲激波基準流場得到，包括進氣道第一級壓縮型面和進氣道第二級壓縮型面；所述第二級壓縮段上壁面為第一級分流板，第一級分流板的轉(zhuǎn)動角度為進氣道外壓段第二級壓縮楔角，此角度兩極分別對應為第一級分流板的下極限位置和完全開啟的上極限位置。

7.如權(quán)利要求5所述的基于雙入射彎曲激波的寬速域進氣道，其特征在于：所述渦輪通道擴張段包括從初始喉道截面處到第二級分流板轉(zhuǎn)軸處的類矩形擴張段和依次連接的類矩形轉(zhuǎn)圓擴張段；渦輪通道類矩形擴張段上壁面為第二級分流板，其上極限位置為當?shù)谝患壏至靼逄幱谏蠘O限位置時，通過唇罩口自動溢流和泄流口主動泄流后消除喉道內(nèi)激波邊界層干擾并有最佳捕獲流量的位置，其下極限位置由實際喉道面積所決定；渦輪通道類矩形轉(zhuǎn)圓擴張段是通過面積均勻過渡生成。