[發明專利]高超聲速進氣道失穩預警及控制機構設計方法

有效

• 申請號: 202210400901.4
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114738118B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 尤延鋮;蔡澤君;盧鈺文;胡占倉;朱呈祥
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: F02C7/057
• 分類號: 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: 張素斌

高超聲速進氣道失穩預警及控制機構設計方法，1)根據高超聲速飛行器的設計需求，確定高超聲速進氣道的基礎型面，以及飛行包線內的喉道面積的調節需求和發動機流量需求；2)分流板主板轉軸的選取及分流板主板型面設計：在進氣道基礎型面上選取截面與進氣道的截曲線的修正直線為轉軸，將直線沿流向延伸至喉道截面修型為分流板主板型面；3)失穩控制副板設計：失穩控制副板的轉軸即為分流板主板的自由端；失穩控制副板的長度與飛行器動力方案允許的失穩裕度有關，當激波前移至失穩臨界截面時，失穩控制副板由于內外兩側的壓力差自動偏轉一定角度泄流排壓，隨即觸發失穩的主動控制，將失穩控制副板進一步偏轉至失穩泄流面積，并進行動態調節。

技術領域

本發明涉及飛行器高超聲速進氣道領域，尤其涉及高超聲速進氣道失穩預警及控制機構設計方法。

背景技術

進氣道是吸氣式飛行器動力系統的重要組成部分，其工作特性將直接影響發動機的工作能力。對于高超聲速飛行器而言，進氣道更是尤為重要，進氣道的工作能力以及進發匹配都將影響飛行器超聲速飛行的能力。

不同的飛行條件下，高超聲速進氣道的工作能力是不同的。在超聲速飛行過程中，進氣道通過壓縮型面的一系列壓縮波系實現對氣流的壓縮，從而為發動機提供符合品質要求的來流。但由于在不同的來流及飛行高度下，入口流量是不同的，發動機的流量需求也是不同的。此外，低馬赫數起動一直是高超聲速進氣道工作的一大難點，收縮比過大將引起流量壅塞，導致進氣道不起動。因此，高超聲速進氣道需要調節機構對流量進行控制。調節機構通過調節喉道面積以及控制泄流量能夠解決問題。

發動機工作產生的前傳壓力也將影響進氣道的工作能力。為了抵抗發動機前傳的壓力，進氣道壓縮型面與發動機之間有一段擴張通道。壓縮型面與擴張通道相接的截面，即進氣道截面積最小的截面，喉道截面。隨著發動機壓力的升高，上游與下游的壓力差增大，擴張通道內形成激波。當激波穩定在擴張通道內時，進氣道保持起動。但當該激波越過喉道截面時，進氣道將發生喘振甚至不起動，即進氣道失穩，這將導致發動機無法正常工作。

對于飛行器而言，進氣道發生失穩是十分危險的。因此，需要在飛行過程中，時刻監測進氣道的工作狀態，并在失穩前通過一定的手段避免進氣道進入失穩狀態。雖然適當改變發動機工況能夠避免進氣道失穩，但帶來的推力下降將影響飛行器飛行性能。

因此，根據進氣道工作狀態適時的通過調節機構實現進氣道的失穩控制才是最有效可靠的。下游發動機壓力前傳引起的壁面壓力變化為在實際飛行過程中進氣道工況的監測提供了條件。因此，在高超聲速進氣道上采用兼具主動控制和自動控制的調節機構進行進氣道失穩控制是一種高超聲速進氣道控制機構設計的新思路。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的上述問題，提供高超聲速進氣道失穩預警及控制機構設計方法，對進氣道失穩進行主動控制和自動控制。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

高超聲速進氣道失穩預警及控制機構設計方法，包括以下步驟：

1)根據高超聲速飛行器的設計需求，確定高超聲速進氣道的基礎型面，以及飛行包線內的喉道面積的調節需求和發動機流量需求；

2)分流板主板轉軸的選取及分流板主板型面設計：在進氣道的基礎型面上選取一合適位置作截面，將該截面與進氣道的截曲線的一部分修正為直線，該直線即為分流板主板的轉軸，將該直線沿流向延伸至進氣道喉道截面形成延伸面，并將該延伸面與喉道截面的截曲線修型為直線，即得分流板主板型面；所述合適位置具有以下特征：以該位置為轉軸的分流板主板在工作的全過程中所需的驅動功率小于進氣道的功率限制；