[發明專利]具有兩級壓縮特征的三維內轉可調進氣道及設計方法

在審

• 申請號: 202210154713.8
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114576010A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 袁化成;劉甫州;李錚;周珂玉;辜天來;王兆偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02C7/042
• 分類號: F02C7/042;F02C7/057
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

本發明公開了一種兩級壓縮特征的三維內轉可調進氣道及設計方法，包括固定內轉三維曲面、二級曲面壓縮板(面)、重構三維曲面、固定分流楔、流量調節流道及主流道，主要特征為兼具內轉進氣道高流量捕獲特征、高效三維壓縮特征及二級激波壓縮特征，變幾何方式采用重構的可轉動二級曲面壓縮板。不僅可解決低馬赫數下進氣道不起動問題，拓寬內轉進氣道工作馬赫數范圍，同時可增強高馬赫數下進氣道壓縮效率，提高進氣道性能，且可實現寬速域內轉進氣道/發動機流量匹配。

技術領域

本發明涉及一種應用于火箭基組合動力(RBCC)的寬速域變幾何三維內轉進氣道，屬于進氣道氣動設計領域。

背景技術

火箭基組合動力系統(RBCC)將低比沖的火箭發動機和高比沖的吸氣式沖壓發動機組合在一起，具有可在寬馬赫數范圍內工作、火箭技術成熟、經濟性好等特點，適用于高超聲速飛行，是最先使用在高超聲速飛行器上的組合動力系統。

使用火箭基組合循環發動機的高超聲速飛行器工作方式為：由火箭發動機將飛行器加速到沖壓發動機工作馬赫數，火箭發動機關閉，沖壓發動機開始工作，主要飛行階段為沖壓發動機工作。而進氣道作為沖壓發動機的主要迎風部件，其主要作用是捕獲氣流并為燃燒室提供一定品質的氣流，其性能好壞影響著沖壓發動機是否能夠正常工作。

常見的進氣道主要包括軸對稱式、二元式和側壓式進氣道三種典型進氣道，主要壓縮方式均為激波壓縮。由于激波壓縮是主導方式，因而其壓縮效率較低。要將高馬赫數來流壓縮到一定的馬赫數，往往采用多波系壓縮，導致進氣道內流場存在較多的激波與邊界層相互作用問題，從而使得壓縮效率進一步降低。上世紀四十年代以來，部分學者從傳統的高超聲速進氣道設計思想中脫離，提出了三維內收縮進氣道，其相比于軸對稱和二元等常規進氣道，內轉進氣道由于其型面等熵壓縮，浸潤面積小，在高超聲速飛行時具有較高的流量捕獲能力和較高的壓縮能力，獲得比常規進氣道更高的性能，這對工作到高超聲速的RBCC推進系統十分有利。

內轉進氣道通常以接近最大飛行馬赫數為設計點，決定進氣道尺寸。在非設計點，定幾何設計的進氣道在低馬赫數會出現一種惡劣的現象—不起動。為避免這種現象，進氣道往往采用變幾何設計(改變幾何型面)，以改善進氣道起動性能。但由于內轉進氣道型面為采用流線追蹤方法設計的三維壓縮曲面，增加了變幾何方案難度。為了實現到高超聲速飛行的寬速域飛行，開展內轉三維壓縮特性與變幾何方式氣動兼容的方案設計是很有意義的。

發明內容

本發明的目的是基于內轉進氣道高流量捕獲特征及高效三維壓縮特征，提出了一種具有兩級壓縮特征的變幾何內轉進氣道氣動設計方法及調節方案，以解決定幾何內轉進氣道存在的低馬赫數不起動問題及寬速域(Ma＝2-8)進氣道/發動機流量匹配問題，拓寬內轉進氣道工作范圍。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種具有兩級壓縮特征的三維內轉可調進氣道，包括內轉進氣道進口捕獲型線、固定內轉三維曲面、二級曲面壓縮板(面)、重構三維曲面、固定分流楔、流量調節流道及主流道；所述固定內轉三維曲面為內轉進氣道局部型面，固定內轉三維曲面與二級曲面壓縮板展向銜接處相切，具有部分內轉進氣道三維壓縮特性。

進一步的，所述二級曲面壓縮板(面)為等寬度可轉動壓縮板；二級曲面壓縮板轉動角度θ時，二級曲面壓縮板(面)產生斜激波，進氣道同時具有內轉進氣道三維壓縮特征及二級激波壓縮特征；二級曲面壓縮板(面)轉動角度到與固定內轉三維曲面平滑過渡時，進氣道僅具有三維壓縮特征。

進一步的，所述內轉進氣道進口捕獲型線固定。

進一步的，所述固定內轉三維曲面與二級曲面壓縮板(面)通過銷釘連接。類似門轉動時的連接結構，在展向上，固定壓縮面兩側凸出兩個突耳，中間凹陷，轉動壓縮面兩側凹陷，中間突出，轉動銷穿過固定壓縮面突耳及轉動壓縮面突出部分。

進一步的，所述二級曲面壓縮板(面)通過曲柄滑塊機構實現轉動。實際情況下，進氣道安裝在飛機上，在進氣道上不必考慮機構與機體連接問題。