專利名稱：定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種超聲速、高超聲速進氣道，特別是一種對進口波系、有效喉道面積均可實時調(diào)節(jié)，且?guī)缀涡螤罟潭?、結(jié)構(gòu)簡單的定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道。
背景技術(shù)：
作為沖壓發(fā)動機的三大部件之一，超聲速、高超聲速進氣道直接面向燃燒室，肩負著捕獲來流以及對來流進行減速、增壓、整流等多項功能，因而其設計相當關鍵，其流量捕獲特性、總靜壓恢復特性以及阻力特性等直接影響著推進系統(tǒng)的工作效率及運行能力。目前，一般認為進氣道的流量系數(shù)對沖壓發(fā)動機推力的影響最為直接，流量系數(shù)的增加即對應著發(fā)動機推力的同比例增加。然而不幸的是，對于常規(guī)設計的定幾何寬馬赫超聲速、高超聲速進氣道而言，當工作在波系封口馬赫數(shù)以下時其流量系數(shù)的下降非常顯著，且伴隨著難以忍受的溢流阻力，如某馬赫6設計的二元高超聲速進氣道在馬赫5工作時流量系數(shù)就下降到了0.73，顯然這嚴重制約著推進系統(tǒng)性能的發(fā)揮，特別是對飛行器低馬赫的加速過程極為不利。為此，提高進氣道的流量系數(shù)非常關鍵。
為了對進氣道的進口波系進行控制以提高其流量系數(shù)，目前采用較多的技術(shù)途徑是設置專門機構(gòu)使進氣道的幾何形狀可調(diào)，如日本的ATREX中心錐位置可調(diào)進氣道、HYPR傘狀進氣道和壓縮面軸向可調(diào)進氣道、多級圓盤可調(diào)軸對稱進氣道，美國的GTK半圓形變幾何進氣道等。通過機械方式控制物面幾何參數(shù)及喉道截面積，變幾何進氣道能夠?qū)诓坎ㄏ导笆湛s比進行實時調(diào)節(jié)，故可在較為寬廣的馬赫數(shù)范圍內(nèi)獲得較高的流量系數(shù)及總壓恢復性能，但其付出的代價也是相當昂貴的重量增加，結(jié)構(gòu)復雜，有效空間下降，可靠性降低，且存在控制、封嚴等一系列問題。
俄羅斯學者Fraishtadt、Kuranov等人提出的磁控進氣道是目前正在研究的一類新概念高超聲速可調(diào)進氣道，其思想是利用來流已有或人工制造的等離子環(huán)境，在進氣道口部附加一磁場，通過洛倫茨力來改變氣流方向，從而實現(xiàn)對進氣道口部波系的控制。磁控進氣道的最大優(yōu)點在于進氣道的幾何形狀固定。然而，由于需要設置等離子激發(fā)器、可控電磁場發(fā)生器、能量存儲器、能量轉(zhuǎn)換器等專用裝置，采用該技術(shù)后所能獲得的凈收益到底如何，目前仍是一個疑問。另外，強磁場的疊加可能會給飛行器的制導、通訊等方面帶來不可低估的負面影響。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的為了解決現(xiàn)有可調(diào)進氣道中需要配置復雜的輔助設施或需要旋轉(zhuǎn)壓縮面斜板的不足，本發(fā)明提供一種定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道，該可調(diào)進氣道幾何形狀固定、結(jié)構(gòu)簡單，無需任何作動裝置，也無需附加的高壓氣源，僅僅通過改變設置在進氣道主體內(nèi)閥門的開度即可實現(xiàn)對進氣道口部波系和有效喉道面積的實時調(diào)節(jié)，使進氣道口部波系在不同馬赫數(shù)下均保持封口，從而獲得高的流量系數(shù)。
2、技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道，它包括進氣道主體和進氣道唇罩，其特征在于安裝在進氣道主體外壓縮斜面上的多孔或多縫板通過設置在外壓縮斜面內(nèi)的穩(wěn)壓腔與進氣道主體內(nèi)的管路的一端相連，管路上安裝有調(diào)整二次流流量的閥門，管路另一端通過引流腔與安裝在進氣道高壓區(qū)中的引流板相連。
根據(jù)不同的設計需要，可將進氣道主體的外壓縮斜面設置為1～4級，即外壓縮斜面為一個斜面構(gòu)成或由2～4個相連的且傾角不斷增大斜面構(gòu)成。
為了獲得較好的調(diào)節(jié)效果并減小進氣道的總壓損失，將多孔或多縫板安裝在進氣道主體各級外壓縮斜面的前端。
本發(fā)明的工作原理是通過設置在進氣道內(nèi)部高壓區(qū)中的引流板和引流腔，從進氣道內(nèi)提取少量的壓強相對較高的二次流體，并經(jīng)管道輸送至布置在進氣道主體各級壓縮斜板內(nèi)的穩(wěn)壓腔內(nèi)，而后通過多孔或多縫板以預設的方式和沿程分布注入進氣道流場內(nèi)。由于二次流的注入帶來了附加質(zhì)量以及擾動損失，使得進氣道流場內(nèi)壁面附近主流的流通能力不斷減弱，主流被迫往離開壁面的方向偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一束弱壓縮波并干擾壓縮面發(fā)出的激波，使之向外彎曲，故可以控制口部激波系與進氣道唇口的相對位置。另外，由于從進氣道高壓區(qū)提取的二次流在各級壓縮面的前端又重新注入了進氣道流場內(nèi)，也就是說這部分流體是循環(huán)使用，但占據(jù)了一定的喉道流通面積，因此控制二次流的流量還可控制進氣道的有效喉道流通面積。
3、有益效果本發(fā)明所述的定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道不僅在較寬的馬赫數(shù)范圍內(nèi)具有高的流量系數(shù)，前體阻力系數(shù)也顯著低于常規(guī)進氣道，并且還具有幾何形狀固定、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。


附圖是本發(fā)明具有2級外壓縮面進氣道的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1，本定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道所涉及到的部件名稱包括進氣道主體1、進氣道唇罩2、管路3、閥門4、多孔或多縫板5、穩(wěn)壓腔6、引流板7和引流腔8；進氣道主體1為2級外壓縮斜面，即外壓縮斜面由兩段斜面相連構(gòu)成。將兩個多孔或多縫板5安裝在兩個外壓縮斜面的前端，并分別通過各自的穩(wěn)壓腔6和管路3與設置在進氣道高壓區(qū)中的引流板7和引流腔8相連，在各自的管路3上均安裝有調(diào)節(jié)二次流流量的閥門4。通過設置在進氣道內(nèi)部高壓區(qū)中的引流板7和引流腔8，從進氣道內(nèi)提取少量的壓強相對較高的二次流體，并經(jīng)管道3輸送至布置在進氣道主體各級壓縮斜板內(nèi)的穩(wěn)壓腔6內(nèi)，而后通過多孔或多縫板5以預設的方式和沿程分布注入進氣道流場內(nèi)，從而對進氣道的口部波系和有效喉道面積進行調(diào)節(jié)。
該可調(diào)進氣道在不同馬赫數(shù)下的工作模式如下若進氣道所需的工作馬赫數(shù)范圍為M1～M2(M1＜M2)，則選擇Ms(M1＜Ms＜M2)為波系封口馬赫數(shù)進行進氣道的型面設計，當進氣道工作在Ms及以下時，無需對激波進行控制，閥門4完全關閉，而當進氣道工作在Ms以上時，為了防止外壓縮波系打入內(nèi)通道而導致進氣道的性能大幅下降甚至出現(xiàn)不穩(wěn)定工作，此時開啟閥門4，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)其開度以保持進氣道的外壓縮波系剛好貼口。因此，本可調(diào)進氣道在Ms及以上的流量系數(shù)理論上可達到1，在Ms以下的流量系數(shù)也較常規(guī)進氣道有大幅度提高。
超聲速、高超聲速進氣道的外壓縮面一般可以有1～4級，而對每一級壓縮面均需布置管路3、閥門4和多孔或多縫板5各一套。
實施例在工作馬赫數(shù)范圍4～6的設計條件下，設計了一定幾何高超聲速可調(diào)進氣道。該可調(diào)進氣道以馬赫數(shù)5為波系封口馬赫數(shù)進行型面設計，具有兩級外壓縮斜面，在馬赫數(shù)5～6范圍內(nèi)通過注入適量的二次流一直保持口部波系貼口，此時所消耗的次流量為進氣道捕獲流量的0.0～1.5％(循環(huán)使用)，馬赫數(shù)6時對有效喉道截面積的調(diào)整幅度在15％以上。表1中對比了定幾何高超聲速可調(diào)進氣道與常規(guī)定幾何進氣道的主要性能參數(shù)，兩方案的起動馬赫數(shù)均為4.0，且出口馬赫數(shù)的差別在2.0％以內(nèi)?？梢钥闯?，定幾何高超聲速可調(diào)進氣道在流量系數(shù)、前體阻力系數(shù)等方面具有顯著的優(yōu)勢。
表1 定幾何高超聲速可調(diào)進氣道與常規(guī)定幾何進氣道的性能參數(shù)對比
權(quán)利要求
1.一種定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道，它包括進氣道主體(1)和進氣道唇罩(2)，其特征在于安裝在進氣道主體(1)外壓縮斜面上的多孔或多縫板(5)通過設置在外壓縮斜面內(nèi)的穩(wěn)壓腔(6)與進氣道主體(1)內(nèi)的管路(3)的一端相連，管路(3)上安裝有調(diào)整二次流流量的閥門(4)，管路(3)另一端通過引流腔(8)與安裝在進氣道高壓區(qū)中的引流板(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道，其特征在于外壓縮斜面為一個斜面構(gòu)成或由2～4段相連的斜面構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道，其特征在于多孔或多縫板(5)安裝在進氣道主體(1)各級外壓縮斜面的前端。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種對進口波系、有效喉道面積均可實時調(diào)節(jié)，且?guī)缀涡螤罟潭?、結(jié)構(gòu)簡單的定幾何超聲速、高超聲速可調(diào)進氣道。其特征在于它包括進氣道主體、進氣道唇罩、管路、閥門、多孔或多縫板、穩(wěn)壓腔、引流板和引流腔；通過設置在進氣道內(nèi)部高壓區(qū)的引流板和引流腔，提取少量的壓強相對較高的二次流體，并經(jīng)管道輸送至布置在進氣道主體各級壓縮斜板內(nèi)的穩(wěn)壓腔內(nèi)，而后通過多孔或多縫板以預設的方式和沿程分布注入進氣道流場內(nèi)，即實現(xiàn)對進氣道口部波系和有效喉道面積的實時調(diào)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點是不僅在較寬的馬赫數(shù)范圍內(nèi)具有較高的流量系數(shù)，前體阻力系數(shù)也顯著低于常規(guī)進氣道，而且?guī)缀涡螤罟潭?、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。
文檔編號F02C7/042GK101029597SQ20071002100
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者譚慧俊, 孫姝, 董海艷, 陳智, 盧杰 申請人:南京航空航天大學