本發(fā)明涉及飛行器進氣道設(shè)計領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

進氣道作為沖壓發(fā)動機的進氣裝置，是吸氣式推進系統(tǒng)的三大關(guān)鍵氣動部件之一，直接面對高馬赫數(shù)來流和工況復雜的燃燒室，其設(shè)計形式和工作特性顯著影響著整個推進系統(tǒng)乃至飛行器的總體性能。在實際應(yīng)用中，沖壓發(fā)動機需要工作在較寬的飛行包線內(nèi)，這就要求進氣道具有較為寬廣的馬赫數(shù)工作范圍。然而，在常規(guī)定幾何進氣道設(shè)計時通常以最高飛行馬赫數(shù)為設(shè)計點，保證此時的前體壓縮波系貼口。但定幾何進氣道的激波貼口狀態(tài)僅在設(shè)計馬赫數(shù)下實現(xiàn)，當來流馬赫數(shù)低于設(shè)計馬赫數(shù)時，進氣道前體壓縮波系向上游偏轉(zhuǎn)，導致進氣道流量系數(shù)顯著下降，并帶有顯著的溢流和附加阻力，對飛行器加速極為不利；當來流馬赫數(shù)高于設(shè)計馬赫數(shù)時，前體波系則會在唇罩內(nèi)側(cè)匯聚，并誘導出強滑移層進入內(nèi)通道，增加流動損失，惡化流場品質(zhì)，嚴重時還會導致進氣道不起動。顯然，定幾何進氣道在非設(shè)計點的性能惡化，嚴重影響整個推進系統(tǒng)性能的發(fā)揮。因此，需要引入必要的調(diào)節(jié)措施對前體激波系進行控制。目前，對于前體波系的調(diào)節(jié)主要有變幾何調(diào)節(jié)和定幾何調(diào)節(jié)兩種方式，其中通過變幾何方式實現(xiàn)對激波傾角和激波位置控制是目前研究最為廣泛的一種技術(shù)手段，但其常存在調(diào)節(jié)機構(gòu)復雜、進氣道體積和重量大、熱防護及封嚴困難等問題。

與此同時，各國學者也在積極探索新概念的定幾何激波控制技術(shù)，目前研究較多的有磁流體控制方法、局部等離子體放電控制方法、局部加熱控制方法等。其中，基于等離子體氣體激勵的激波控制技術(shù)是該領(lǐng)域的熱點。但此類技術(shù)需要布置復雜的附屬裝置，將占用飛行器的大量寶貴空間，同時會對飛行器的其他電子設(shè)備帶來一定的負面影響。由此可以看出已有的各種控制技術(shù)均存在明顯的缺點，在實際使用過程中受到了諸多限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種同級壓縮面二次流自循環(huán)氣動式可調(diào)進氣道，該進氣道占用空間小，結(jié)構(gòu)簡單，無需狹長的引氣管路，調(diào)節(jié)機構(gòu)少，布置靈活。另外，相較于現(xiàn)有的內(nèi)通道引流方案，該進氣道可以避免從內(nèi)通道引氣帶來的內(nèi)通道流動不穩(wěn)定、進氣道起動性能下降的不利影響。

為達到上述目的，本發(fā)明可采用如下技術(shù)方案：

一種同級壓縮面二次流自循環(huán)氣動式可調(diào)進氣道，包括進氣道壓縮面、位于進氣道壓縮面外側(cè)的進氣道唇罩、覆蓋在進氣道壓縮面前部的溢流蓋板、位于溢流蓋板下方的穩(wěn)壓腔、安裝在壓縮面上并位于溢流蓋板后端的轉(zhuǎn)動蓋板；所述穩(wěn)壓腔與溢流蓋板的后端設(shè)有進口；所述轉(zhuǎn)動蓋板在打開位置及關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)動蓋板位于關(guān)閉位置時，轉(zhuǎn)動蓋板將進口關(guān)閉；當轉(zhuǎn)動蓋板位于打開位置時，進口打開。

有益效果：本發(fā)明的同級壓縮面二次流自循環(huán)氣動式可調(diào)進氣道，利用轉(zhuǎn)動蓋板位于打開位置時在流場中誘導出斜激波，且氣流經(jīng)該斜激波壓縮，在轉(zhuǎn)動蓋板的引導下進入穩(wěn)壓腔形成二次流，從而在同級壓縮面上人為制造壓差驅(qū)動二次流流動；由于激波的預增壓作用使得二次流的壓力高于上游來流壓力，二次流得以順利經(jīng)溢流蓋板噴射注入流場。本發(fā)明中的二次流流動的產(chǎn)生方式取代傳統(tǒng)方案中從二級壓縮面或者喉道等高壓區(qū)引流的做法，從而無需狹長的引氣管路及復雜的調(diào)節(jié)機構(gòu)，在拓寬進氣道工作馬赫數(shù)范圍，提高進氣道在低于設(shè)計馬赫數(shù)時流量系數(shù)的同時，保證了進氣道整體結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小。由于無需狹長的引氣管路，因此避免了復雜的封嚴/熱防護問題，提高了進氣道體積使用效率。同時，避免了在內(nèi)通道布置引氣口所帶來的對進氣道起動性能和隔離段耐反壓能力的影響。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的技術(shù)方案還可以進一步包括以下改進：

所述轉(zhuǎn)動蓋板的下方設(shè)有電磁鐵，轉(zhuǎn)動蓋板的底部還固定有擠壓在電磁鐵以及轉(zhuǎn)動蓋板底面之間的彈簧；轉(zhuǎn)動蓋板具有被電磁鐵吸引的鐵磁性質(zhì)。這樣即可通過控制電磁鐵的通電及彈簧的回彈效果起到控制轉(zhuǎn)動蓋板開閉的效果。

進一步的，所述進氣道壓縮面與進氣道唇罩之間形成進氣主通道，所述溢流蓋板、轉(zhuǎn)動蓋板均位于進氣主通道之外。這里進一步定義該溢流蓋板、轉(zhuǎn)動蓋板在整體結(jié)構(gòu)中所處的位置。

進一步的，所述溢流蓋板上設(shè)置有多個貫穿溢流蓋板并連同穩(wěn)壓腔的縫或孔。通過縫或孔起到均勻的溢流效果，合理的溢流孔/縫布置可以形成類似于等熵壓縮面的氣動邊界。

進一步的，所述轉(zhuǎn)動蓋板的底面前端部分形成傾斜的引導面，當轉(zhuǎn)動蓋板位于打開位置時，引導面的頂端高過所述進口，使轉(zhuǎn)動蓋板在流場中凸起從而使轉(zhuǎn)動蓋板前方氣流在沖壓作用下進入穩(wěn)壓腔。利用轉(zhuǎn)動蓋板打開時在流場中形成的斜激波，對壁面附近的部分來流實現(xiàn)預增壓，使得進入穩(wěn)壓腔的氣體壓力高于上游來流壓力。

針對上述同級壓縮面二次流自循環(huán)氣動式可調(diào)進氣道，本發(fā)明還提供了一種該進氣道的控制方法，具體的技術(shù)方案為：設(shè)該進氣道的預設(shè)馬赫數(shù)為M₁；當進氣道工作馬赫數(shù)低于M₁時，轉(zhuǎn)動蓋板位于關(guān)閉位置；當進氣道工作馬赫數(shù)高于M₁時，轉(zhuǎn)動蓋板位于打開位置。在所述轉(zhuǎn)動蓋板的下方設(shè)有電磁鐵，且轉(zhuǎn)動蓋板的底部還固定有擠壓在電磁鐵以及轉(zhuǎn)動蓋板地面之間的彈簧，轉(zhuǎn)動蓋板具有被電磁鐵吸引的鐵磁性質(zhì)；當進氣道工作馬赫數(shù)低于M₁時，電磁鐵通電，轉(zhuǎn)動蓋板位于關(guān)閉位置；當進氣道工作馬赫數(shù)高于M₁時，電磁鐵斷電，轉(zhuǎn)動蓋板位于打開位置。

附圖說明

圖1是本發(fā)明同級壓縮面二次流自循環(huán)氣動式可調(diào)進氣道的剖視圖，并展示了轉(zhuǎn)動蓋板位于關(guān)閉位置時的狀態(tài)。

圖2是本發(fā)明同級壓縮面二次流自循環(huán)氣動式可調(diào)進氣道的剖視圖，并展示了轉(zhuǎn)動蓋板位于打開位置時的狀態(tài)。

具體實施方式

請參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明公開了一種同級壓縮面二次流自循環(huán)氣動式可調(diào)進氣道，主要應(yīng)用于超聲速/高超聲速進氣道類別的設(shè)計制造。該類進氣道前體由至少一段斜面組成，氣流在進氣道外經(jīng)前體激波壓縮。該同級壓縮面二次流自循環(huán)氣動式可調(diào)進氣道包括進氣道壓縮面1、位于進氣道壓縮面1外側(cè)的進氣道唇罩2、覆蓋在進氣道壓縮面1前部的溢流蓋板3、位于溢流蓋板3下方的穩(wěn)壓腔4、安裝在壓縮面上并位于溢流蓋板后端的轉(zhuǎn)動蓋板5。其中進氣道壓縮面1與進氣道唇罩2之間形成進氣主通道14。所述溢流蓋板3上設(shè)置有多個貫穿溢流蓋板并連通穩(wěn)壓腔的縫或孔。所述穩(wěn)壓腔4與溢流蓋板3的后端設(shè)有進口15；所述轉(zhuǎn)動蓋板5在打開位置及關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)動蓋板5位于關(guān)閉位置時，轉(zhuǎn)動蓋板5將進口15關(guān)閉；當轉(zhuǎn)動蓋板5位于打開位置時，進口15打開，穩(wěn)壓腔4即作為二次流的流道。這樣，通過轉(zhuǎn)動蓋板5的開合從而控制是否在壓縮面1上產(chǎn)生二次流注入進氣流場。

具體的為：

如圖1所示，當進氣道工作馬赫數(shù)較低時，需要的是提高進氣道的流量系數(shù)，此時控制轉(zhuǎn)動蓋板5位于閉合位置。即進氣方式與傳統(tǒng)的進氣道相同。

如圖2所示，當進氣道工作馬赫數(shù)較高時，需要調(diào)節(jié)前體激波。此時將轉(zhuǎn)動蓋板5位于打開位置。轉(zhuǎn)動蓋板5在流場中形成一道預增壓激波8，前方部分來流在沖壓作用下進入二次流流道形成二次流9。由于激波8的預增壓作用使得二次流9的壓力高于上游來流壓力，二次流9得以順利經(jīng)上游多孔/多縫溢流蓋板3噴射注入流場。二次流9占據(jù)了一定的物面空間，而且其引入的擾動會帶來相應(yīng)的總壓損失，使得主流在壁面附近的流通能力越來越弱，形成了向外偏轉(zhuǎn)的氣動邊界10。合理的溢流孔/縫布置可以形成類似于等熵壓縮面的氣動邊界10，在其表面發(fā)出一系列弱壓縮波11，與前體激波12相互干擾，使得前體激波12重構(gòu)為一道彎曲激波13，并且激波角有所增大，從而實現(xiàn)了激波偏轉(zhuǎn)的控制。在本實施方式中，所述轉(zhuǎn)動蓋板5的底面前端部分形成傾斜的引導面，當轉(zhuǎn)動蓋板5位于打開位置時，引導面的頂端高過所述進口15，使轉(zhuǎn)動蓋板5在流場中凸起從而使轉(zhuǎn)動蓋板5前方氣流在沖壓作用下進入穩(wěn)壓腔4內(nèi)。

而對于轉(zhuǎn)動蓋板5的轉(zhuǎn)動開閉，可以采用多種能夠達到轉(zhuǎn)動開閉效果的技術(shù)手段實現(xiàn)，如電機帶動轉(zhuǎn)動蓋板5的轉(zhuǎn)動軸開閉等本領(lǐng)域內(nèi)的慣用手段。但是，為了能夠進一步實現(xiàn)本發(fā)明所要達到的整體結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小的效果，本發(fā)明中采用下述的手段實現(xiàn)轉(zhuǎn)動蓋板5的開閉。

請參閱圖1及圖2所示，所述轉(zhuǎn)動蓋板5的下方設(shè)有電磁鐵6，轉(zhuǎn)動蓋板5的底部還固定有擠壓在電磁鐵6上方以及轉(zhuǎn)動蓋板5底面之間的彈簧7；轉(zhuǎn)動蓋板5具有被電磁鐵吸引的鐵磁性質(zhì)。當需要轉(zhuǎn)動蓋板5位于閉合位置時，給電磁鐵6通電，即可將轉(zhuǎn)動蓋板5吸附在電磁鐵6上而閉合；當需要轉(zhuǎn)動蓋板5位于打開位置時，給電磁鐵6斷電，轉(zhuǎn)動蓋板5在彈簧7的回彈力作用下，被彈簧7頂起，即使轉(zhuǎn)動蓋板5打開。該開閉轉(zhuǎn)動蓋板5的方式結(jié)構(gòu)簡單，操作靈敏，且占用空間小。

而上述同級壓縮面二次流自循環(huán)氣動式可調(diào)進氣道的控制方法的實施例為：

設(shè)該進氣道的預設(shè)馬赫數(shù)為M₁；當進氣道工作馬赫數(shù)低于M₁時，轉(zhuǎn)動蓋板位于關(guān)閉位置；當進氣道工作馬赫數(shù)高于M₁時，轉(zhuǎn)動蓋板位于打開位置。即具體的，當進氣道工作馬赫數(shù)低于M₁時，電磁鐵6通電，轉(zhuǎn)動蓋板5位于關(guān)閉位置；當進氣道工作馬赫數(shù)高于M₁時，電磁鐵6斷電，轉(zhuǎn)動蓋板5位于打開位置。

本發(fā)明具體實現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。