本發(fā)明涉及高超音速交通工具，并且更具體地涉及用于高超音速交通工具的吸氣式發(fā)動機和進氣道流動限制器。

背景技術(shù)：

高超音速交通工具是能夠以高超音速速度行進的交通工具(例如飛行器、導彈、航天飛機、飛機、無人機等)。如在本文中所使用，高超音速被認為是高于5馬赫的速度，超音速被認為是高于1馬赫的速度以及亞音速被認為是低于1馬赫的速度。

高超音速交通工具可以使用某些類型的吸氣式高超音速發(fā)動機(例如超音速燃燒沖壓發(fā)動機)作為推進的裝置。超音速燃燒沖壓發(fā)動機是吸氣式噴氣發(fā)動機，其中燃燒發(fā)生在超音速氣流中。超音速燃燒沖壓發(fā)動機依賴高的交通工具速度以在燃燒之前強有力地收縮進入的空氣并且保持空氣以超音速速度貫穿發(fā)動機。保持空氣以超音速速度通過發(fā)動機允許超音速燃燒沖壓發(fā)動機以極其高的速度有效運轉(zhuǎn)。

通常的超音速燃燒沖壓發(fā)動機包括三個基本部件：漸縮進氣道，在該漸縮進氣道處進入的空氣被收縮；燃燒器，在該燃燒器中燃料與大氣中的氧氣一起燃燒以產(chǎn)生熱并且增加所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物壓力；以及漸擴噴嘴，在該漸擴噴嘴處熱排氣被加速以產(chǎn)生推力。和通常的噴氣發(fā)動機(例如渦輪噴氣發(fā)動機或渦輪風扇發(fā)動機)不同，超音速燃燒沖壓發(fā)動機不使用旋轉(zhuǎn)的扇狀的部件以收縮空氣。相反地，交通工具的速度引起空氣在進氣道內(nèi)收縮。因此，相比于常規(guī)燃燒發(fā)動機的一個好處是沒有壓縮機葉片或移動零件。但是，因為超音速燃燒沖壓發(fā)動機缺少機械壓縮機，所以這些高超音速發(fā)動機需要高超音速流的高動能以將進入的空氣收縮到運轉(zhuǎn)狀況。因此，由超音速燃燒沖壓發(fā)動機提供動力的高超音速交通工具必須被一些其他的推進裝置(例如渦輪噴氣發(fā)動機、火箭發(fā)動機、輕氣炮、軌道炮等)加速到所需的速度(通常大約4馬赫)，被加速到使超音速燃燒沖壓發(fā)動機能夠被點火的速度。

在加速期間的一段時間內(nèi)，高超音速交通工具的速度對于高超音速發(fā)動機進氣道而言太低以至不可以吸入所有即將到來的氣流。如果以給定超音速速度、壓力、溫度以及攻角接近進氣道的流不能全部穿過進氣道，則強烈的沖擊波系統(tǒng)將在進氣道的前面形成，從而降低流速并且圍繞進氣道溢出一部分即將到來的空氣流。這產(chǎn)生大的進氣道阻力。強烈的沖擊波也將壁處的氣流邊界層分離，產(chǎn)生稱為“進氣道蜂鳴”的非常不穩(wěn)定的并且嘈雜的進氣道流行為。使用計算流體動力學對“進氣道蜂鳴”的預測分析和在雙流低轟鳴(dual-stream，low-boom)超音速進氣道內(nèi)“進氣道蜂鳴”的實際測試結(jié)果可以在美國國家航空航天局，NASA/TM-2012-217612，Analysis of Buzz in a Supersonic Inlet(2012)中找到。這種進氣道運轉(zhuǎn)狀態(tài)通常被稱為“未起動”。“未起動”過程的詳細描述和分析可以在Center for Turbulence Research，Annual Research Briefs 2010，pgs.93-103，ANumerical Study of the Unstart Event in an Inlet/Isolator Model(2010)中找到。此外，邊界層對“未起動”過程的影響的詳細研究可以在17^th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference，AIAA 2011-2349，The Influence of Boundary Layers on Supersonic Inlet Unstart(2011)中找到。由進氣道蜂鳴所產(chǎn)生的非常高的聲負載和振動負載不利于交通工具結(jié)構(gòu)、機載系統(tǒng)和/或交通工具穩(wěn)定性和控制，從而需要可能繁重的設(shè)計方案以減輕負面效應(yīng)。當高超音速交通工具減速時(例如導彈下降以命中目標)，可以遇到相同的問題。

根據(jù)高超音速發(fā)動機的進氣道是2D進氣道還是3D進氣道，通常使用各種裝置以避免進氣道蜂鳴和未起動的負面效應(yīng)。2D進氣道發(fā)動機(例如在圖12中所示并且通常被指定為300的2D進氣道發(fā)動機)具有矩形進氣道310，在該矩形進氣道310處所有的壁320在x-y平面中為直線的。當交通工具以較低的速度行進時，這些2D進氣道發(fā)動機300能夠通過減小進氣道面積比(通常稱為收縮比)使用可變幾何結(jié)構(gòu)進氣道以阻止進氣道未起動。相比之下，3D進氣道發(fā)動機具有彎曲的進氣道，在該彎曲的進氣道處壁為曲線的且可以具有復雜的曲率。這些進氣道可以提供進氣道壓縮效率的優(yōu)點且與具有圓形或橢圓形橫截面的燃燒器兼容，該燃燒器比具有矩形橫截面的燃燒器更有結(jié)構(gòu)效率。

對于2D進氣道發(fā)動機而言，避免進氣道蜂鳴和未起動的一個通用方法是通過旋轉(zhuǎn)的整流罩魚鱗板(cowl flap)機械關(guān)閉進氣道直到準備起動發(fā)動機，在此時進氣道魚鱗板被旋轉(zhuǎn)打開。旋轉(zhuǎn)整流罩魚鱗板可以完全關(guān)閉進氣道，或部分打開進氣道，從而阻止未起動。避免進氣道蜂鳴和未起動的另一可能方法是在進氣道中使用旁通門，旁通門將即將到來的一部分氣流轉(zhuǎn)向進入分離的通道，該分離的通道將氣流排放到交通工具的低壓區(qū)域。這種方法有效地增加進氣道的喉部面積并且減小進氣道內(nèi)部收縮比。雖然高的進氣道內(nèi)部收縮比是進氣道未啟動的根本原因，但是需要高的進氣道收縮比以在高的交通工具速度下實現(xiàn)高的發(fā)動機性能。因此，雖然在低內(nèi)部收縮比2D進氣道上使用整流罩魚鱗板或內(nèi)部旁通門可以解決所述問題，但是這種設(shè)計方案是機械復雜的并且增加了進氣道重量。但是，由于表面曲率，旋轉(zhuǎn)的整流罩魚鱗板不能容易地被并入3D進氣道，并且旁通門的機械問題對于3D進氣道發(fā)動機是困難的。

對于3D進氣道發(fā)動機而言，其可以增加整體交通工具性能，需要一種替代方法以在飛行器加速和減速兩者期間阻止進氣道未起動和蜂鳴的負面效應(yīng)。一種用于3D進氣道發(fā)動機的通用方法是通過導流罩(fairing)或護罩來覆蓋進氣道，該導流罩或護罩僅在起動高超音速發(fā)動機之前從交通工具中彈出。但是，一旦導流罩或護罩被彈出，則當交通工具減速時沒有用于保護高超音速發(fā)動機的裝置。

因此，需要一種用于避免在2D發(fā)動機進氣道和特別是3D發(fā)動機進氣道中的進氣道蜂鳴和不起動的有效裝置，該裝置維持3D發(fā)動機進氣道的高收縮比且可以用于高超音速交通工具的加速和減速期間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的一個實施例中，一種高超音速交通工具包括機體、與機體相關(guān)聯(lián)的至少一個控制表面以及與機體相關(guān)聯(lián)的高超音速吸氣式發(fā)動機。發(fā)動機包括漸縮進氣道和流動限制器。漸縮進氣道具有固定的整流罩和喉部，該固定的整流罩具有第一橫截面面積，該喉部與整流罩流體連通并且具有小于第一橫截面面積的第二橫截面面積。流動限制器在收起位置與完全展開位置之間可移動。流動限制器具有第三橫截面面積，該第三橫截面面積小于整流罩的第一橫截面面積，使得流動限制器在完全展開位置時在流動限制器的周界與整流罩的內(nèi)表面之間形成一致的間隙，并且整流罩的第一橫截面面積與流動限制器的第三橫截面面積之間的差大約等于喉部的第二橫截面面積。

在本發(fā)明的另一實施例中，一種用于高超音速交通工具的吸氣式發(fā)動機包括漸縮進氣道和流動限制器。漸縮進氣道具有固定的整流罩和與整流罩流體連通的喉部。流動限制器在收起位置與完全展開位置之間可移動。流動限制器在完全展開的位置時，在流動限制器的周界與整流罩的內(nèi)表面之間形成一致的間隙使得進氣道具有大約1∶1的內(nèi)部收縮比。

在本發(fā)明的又一實施例中，一種阻止高超音速吸氣式發(fā)動機中的進氣道蜂鳴和未起動狀況的方法，包括以下步驟：提供漸縮進氣道，該漸縮進氣道具有固定的整流罩和喉部，該固定的整流罩具有第一橫截面面積，該喉部與整流罩流體連通并且具有小于第一橫截面面積的第二橫截面面積；以及將流動限制器從收起位置移動到完全展開位置，在該完全展開位置流動限制器將一部分氣流轉(zhuǎn)移到進氣道外部；其中流動限制器具有小于整流罩的第一橫截面面積的第三橫截面面積，使得在流動限制器的周界與整流罩的內(nèi)表面之間形成一致的間隙，并且在整流罩的第一橫截面面積與流動限制器的第三橫截面面積之間的差大約等于喉部的第二橫截面面積。

已經(jīng)被討論的特征、功能和優(yōu)點能夠在各種實施例中被獨立地實現(xiàn)，或可以在另外其它的實施例中被組合，參考以下描述和附圖可見其的進一步的細節(jié)。

附圖說明

圖1是具有進氣道流動限制器的示例高超音速交通工具的底部透視圖；

圖2是圖1的高超音速交通工具的前主視圖，其中進氣道流動限制器處于完全展開位置；

圖3是圖1的高超音速交通工具的前主視圖，其中進氣道流動限制器處于完全縮回位置；

圖4是圖1的高超音速交通工具的后主視圖，其中進氣道流動限制器處于完全展開位置；

圖5是圖1的高超音速交通工具的側(cè)剖視圖，其中進氣道流動限制器處于完全縮回位置；

圖6是圖1的高超音速交通工具的側(cè)剖視圖，其中進氣道流動限制器處于部分展開位置；

圖7是圖1的高超音速交通工具的側(cè)剖視圖，其中進氣道流動限制器處于完全展開位置；

圖8是圖5的側(cè)剖視圖，其中流線示出通過高超音速交通工具的空氣流動；

圖9是圖7的側(cè)剖視圖，其中流線示出通過高超音速交通工具和進氣道流動限制器周圍的空氣流動；

圖10是用于高超音速交通工具的示例3D進氣道的側(cè)主視圖，其中進氣道流動限制器處于完全展開位置；

圖11是圖10的3D進氣道的前主視圖；以及

圖12是用于高超音速交通工具的2D進氣道的底部透視圖。

具體實施方式

在本文中所述的一個示例提供一種用于高超音速交通工具的高超音速吸氣式發(fā)動機的可調(diào)節(jié)進氣道，其可以在亞音速或超音速速度期間，例如在高超音速發(fā)動機起動之前的加速期間或者在交通工具的減速期間，進行可調(diào)節(jié)流動控制。這能夠阻止或減輕進氣道蜂鳴和未起動并且能夠使用優(yōu)化的，高的進氣道內(nèi)部收縮比的，高度彎曲的3D進氣道。

在本示例中，可展開的流動限制器可以被定位在漸縮進氣道的固定整流罩(例如曲線的固定整流罩)的前面，空氣流動速度低于發(fā)動機的運轉(zhuǎn)極限時，該流動限制器將限制由進氣道吸入的空氣流動的量，從而阻止進氣道蜂鳴和未起動狀況。當被展開時，流動限制器可以將大部分進氣道空氣流動平滑地轉(zhuǎn)移到進氣道周圍并且允許小部分進氣道氣流被進氣道吸入以便以超音速速度穿過進氣道喉部。當在可運轉(zhuǎn)速度被完全展開時，流動限制器可以去除或剝離一部分超音速邊界層動量厚度，從而阻止邊界層分離并且因此未起動。所述部分可以根據(jù)進氣道的設(shè)計與預期的可運轉(zhuǎn)高超音速環(huán)境來確定，其將進而建立使進氣道能夠減輕引起未起動的效應(yīng)的最佳間隙或間隙間隔。減少進氣道以亞音速速度和超音速速度吸入的進氣道氣流的量使得進氣道空氣在進氣道中避免收縮或最低程度地收縮，而不會在進氣道喉部處變成音速(1馬赫速度)，其被稱為“阻塞(choking)”，從而允許進氣道空氣全部以超音速速度或高超音速速度穿過進氣道，阻止進氣道未起動和蜂鳴。流動限制器允許進氣道結(jié)構(gòu)是連續(xù)的并且不間斷的，因此保持容納高的進氣道壓力的強度和能力。此外，流動限制器能夠從其中心被致動，從而消除其他方式中魚鱗板必須抵消的懸臂負荷。

參考圖1-圖4，高超音速交通工具10的一個示例包括機體20和與機體20相關(guān)聯(lián)的至少一個控制表面30?？刂票砻?0可以是機翼升降副翼、尾翼、升降舵、襟翼或在飛行期間能夠控制高超音速交通工具10并且能夠被連接到機體20或與機體20成一體的任何其他類型的控制表面。高超音速吸氣式發(fā)動機40也與機體20相關(guān)聯(lián)并且能夠被連接到機體20或與機體20成一體且被設(shè)置在機體20內(nèi)。

現(xiàn)在參考圖5-圖11，其示出了能夠作為高超音速交通工具10的高超音速吸氣式發(fā)動機40的一部分的漸縮進氣道100和流動限制器200的一個示例。在所示出的示例中，漸縮進氣道100是3D進氣道，其具有曲線的固定整流罩110和喉部120。盡管示例漸縮進氣道100是3D進氣道，但是應(yīng)理解的是本發(fā)明同樣也能夠與2D進氣道一起使用。整流罩110具有一個或多個壁112，所述壁具有曲線的形狀和可以具有非常復雜的曲率。如在圖5中可見，壁112的曲線形狀優(yōu)化了用于高超音速流吸入的整流罩110并且限定在整流罩110的內(nèi)表面114內(nèi)的第一橫截面面積(垂直于進氣道100的縱向軸線A)。例如，具有的長度為10-15英尺的高超音速交通工具可以具有橫截面面積為0.6-1.3平方英尺的整流罩，具有的長度為30-50英尺的高超音速交通工具可以具有橫截面面積為5.1-14.0平方英尺的整流罩，以及具有的長度為100-150英尺的高超音速交通工具可以具有橫截面面積為56.0-126.0平方英尺的整流罩。喉部120與整流罩110流體連通并且在氣流進入發(fā)動機40的燃燒部分之前收縮通過整流罩110進入的氣流。為了收縮通過整流罩110進入進氣道100的氣流，喉部120限定第二橫截面面積(垂直于縱向軸線A)，該第二橫截面面積小于整流罩110的第一橫截面面積。例如，具有的長度為10-15英尺的高超音速交通工具可以具有橫截面面積為0.1-0.2平方英尺的喉部，具有的長度為30-50英尺的高超音速交通工具可以具有橫截面面積為0.7-2.1平方英尺的喉部，以及具有的長度為100-150英尺的高超音速交通工具具有橫截面面積為8.2-18.5平方英尺的喉部。

如由在圖8中的流線可見，在運轉(zhuǎn)中，氣流通過整流罩110進入進氣道100并且曲線的壁112將氣流引導到喉部120。壁112收縮氣流，但沒有將氣流減速到超音速速度以下，并且引導氣流到燃燒器或燃燒室，在燃燒器或燃燒室燃料與壓縮的氣流混合以產(chǎn)生熱并且進一步增加空氣壓力。然后加熱的高壓空氣被發(fā)動機40的漸擴噴嘴加速以產(chǎn)生推力。

如以上所述，當高超音速交通工具10以低于某一閾值的超音速速度行進時，高超音速發(fā)動機進氣道100不能吸入所有即將到來的氣流，因而可以引起強烈的沖擊波系統(tǒng)在進氣道100的前面形成，進而將氣流從交通工具的壁分離，造成進氣道蜂鳴和未起動狀況。為了阻止和最小化可能的進氣道蜂鳴和未起動狀況，示例發(fā)動機40可以包括流動限制器200，該流動限制器200可在收起或縮回位置(圖3、圖5和圖8)、部分展開位置(圖6)和完全展開位置(圖1-圖2、圖4、圖7和圖9-圖11)之間移動。

具體地參考圖5和圖10，在收起或縮回位置時，流動限制器200可以被收入在進氣道100的壁112中的一個壁內(nèi)形成的保形(conformal)限制器凹口130內(nèi)。保形限制器凹口130具有與流動限制器200相同的形狀并且流動限制器200嵌套在凹口130內(nèi)使得流動限制器200不妨礙氣流進入進氣道。如由圖8中流線SL所示，流動限制器200處于收起位置。通過在進氣道100的壁112中生成凹口130，進氣道100的結(jié)構(gòu)保持連續(xù)并且保持良好的壓力屏障。

參考圖6，根據(jù)需要，流動限制器也可以被定位在部分展開位置，這可以用于減少被引導到進氣道100中的氣流的量。參考圖7和圖9-圖11，在完全展開位置中，在示例中所示的完全展開位置是在從縱向軸線A的大約30度處，接近進氣道100的第一部分氣流將撞擊流動限制器200，這將第一部分氣流平滑地轉(zhuǎn)移到進氣道的外部，如圖9中的流線所示。由流動限制器200進行的氣流到進氣道100外部的這種平滑轉(zhuǎn)移在進氣道100的前面阻止形成強烈的沖擊波，進而阻止進氣道蜂鳴和未起動狀況，其中流動限制器處于完全展開位置并且氣流速度低于進氣道可以起動的速度。

此外，如在圖11中充分可見的，在完全展開位置時，流動限制器200具有第三橫截面面積(垂直于縱向軸線A)，該第三橫截面面積小于整流罩110的第一橫截面面積，使得在流動限制器200的周界220與整流罩110的內(nèi)表面114之間圍繞流動限制器200形成了一致的間隙210，該間隙允許第二部分氣流(沒有被流動限制器200轉(zhuǎn)移)流入進氣道100，如圖9中的流線SL(部分)所示。例如，具有的長度為10-15英尺的高超音速交通工具可以具有大約0.3-0.5英寸的間隙，具有的長度為30-50英尺的高超音速交通工具可以具有大約1.0-1.6英寸的間隙，以及具有的長度為100-150英尺的高超音速交通工具可以具有大約3.2-4.8英寸的間隙。在所示出的示例中，在整流罩110的第一橫截面面積與流動限制器200的第三橫截面面積之間的差大約等于喉部120的第二橫截面面積。因此流動限制器200在完全展開位置時，這可以提供大約1∶1的內(nèi)部收縮比，意味著：被允許流入進氣道100的氣流將不被收縮，或?qū)⒈蛔畹统潭鹊厥湛s，并且在超音速飛行的情況下將不被減速到超音速速度以下，也不會在亞音速飛行的情況下由于進氣道氣流的收縮而被加速到音速。流動限制器200與整流罩110的內(nèi)表面114之間的間隙210允許邊界層在流動限制器200的下方經(jīng)過，進而阻止由于流動限制器200生成的邊界層阻力(其可以根據(jù)需要而被調(diào)節(jié))而發(fā)生流動分離，使得產(chǎn)生的內(nèi)部收縮比足夠低從而也阻止蜂鳴和未起動狀況。

一種用于設(shè)計流動限制器200的形狀的方法是使整流罩110的內(nèi)表面114的一部分旋轉(zhuǎn)一個角度，該角度(例如30度)將流動限制器200置于完全展開位置。然后，整流罩的第一橫截面面積(垂直于縱向軸線A)的邊界被投射到正平面，并且按間隙210向內(nèi)偏置從而生成流動限制器200的輪廓。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，以下公式可以用于確定邊界層并且因此確定流動限制器和間隙的最優(yōu)尺寸。這些公式通過對層流和湍流的邊界層進行綜合分析來對流動限制器200和間隙210進行粗略的尺寸計算，這些“平板”關(guān)系肯定適合于預期的流動限制器的期望的結(jié)構(gòu)配置，其不被規(guī)定為平板。相關(guān)空氣動力學技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將意識到：計算流體動力學分析的組合可以被應(yīng)用以生成更多應(yīng)用集中邊界層分析，并且產(chǎn)生流動限制器200和間隙210配置。

層流

${\mathrm{\δ}}_i=4.64x/\sqrt{{\mathrm{Re}}_x}$

δ_c＝(δ_c/δ_i)δ_i

${\mathrm{\δ}}_c^{*}=({\mathrm{\δ}}_c/{\mathrm{\δ}}_i){\mathrm{\δ}}_i^{*}=0.375{\mathrm{\δ}}_i({\mathrm{\δ}}_c/{\mathrm{\δ}}_i)$

θ_c＝(θ_c/θ_i)θi＝0.139δ_i(θ_c/θ_i)

其中

${\mathrm{\δ}}_c/{\mathrm{\δ}}_i={\left(\frac{{\mathrm{\μ}}^{*}}{{\mathrm{\μ}}_e}\frac{T^{*}}{{\mathrm{\μ}}_e}\right)}^{1/2}$

θ_c/θ_i＝(μ^*/μ_e)^1/2/(T^*/T_e)^1/2

$T^{*}/T_e=0.5+0.037M_e^2+0.5(T_{\mathrm{\ω}}/T_e)$

$\frac{{\mathrm{\μ}}^{*}}{{\mathrm{\μ}}_e}={\left(\frac{T^{*}}{T_e}\right)}^{3/2}\[\frac{1+\frac{110}{T_e}}{\frac{T^{*}}{T_e}+\frac{110}{T_e}}\]$

Re_x＝ρ_eV_ex/μ_e

${\mathrm{\μ}}_e=1.716\×{10}^{-5}{\left(\frac{T_e}{273.1}\right)}^{3/2}\frac{383.1}{T_e+110}\frac{N_S}{m^2}$

T_einK

湍流

δ_i＝0.37x/(Re_x)^1/5

δ_c＝(δ_c/δ_i)δ_i

${\mathrm{\δ}}_c^{*}=0.125{\mathrm{\δ}}_i({\mathrm{\δ}}_c/{\mathrm{\δ}}_i)$

θ_c＝0.0972δ_i(θ_c/θ_i)

其中

${\mathrm{\δ}}_c/{\mathrm{\δ}}_i={\left(\frac{{\mathrm{\μ}}^{*}}{{\mathrm{\μ}}_e}\frac{T^{*}}{T_e}\right)}^{1/5}$

θ_c/θ_i＝(μ^*/μ_e)^1/5/(T^*/T_e)^4/5

$T^{*}/T_e=0.5+0.039M_e^2+0.5(T_w/T_e)$

符號

δ＝邊界層厚度

δ^*＝邊界層位移厚度

θ＝邊界層動量厚度

ρ＝流密度

V＝流速

x＝距離前緣的距離

μ＝氣體粘度

Re＝雷諾數(shù)

上標^*＝基準量

下標

e＝邊緣值

i＝不可壓縮的

c＝可壓縮的

為了在收起位置、部分展開位置與完全展開位置之間移動流動限制器200，流動限制器200具有從流動限制器200的周界220延伸并且在周界220與整流罩110的壁112之間的一對臂230。盡管所示出的示例包括兩個臂230，但是根據(jù)具體設(shè)計要求可以使用任意數(shù)量的臂。臂230具有由一個鉸鏈銷、多個單獨的鉸鏈銷或任何其他已知方式來限定的旋轉(zhuǎn)軸線B，該一個鉸鏈銷、多個單獨的鉸鏈銷或任何其他已知方式將流動限制器200連接到整流罩110并且當流動限制器200在收起位置或縮回位置、部分展開位置與完全展開位置之間移動時允許流動限制器200圍繞旋轉(zhuǎn)軸線B旋轉(zhuǎn)。臂230能夠被包含在整流罩110的壁112中的單獨的凹進的凹處，進而可以簡化密封要求。

在運轉(zhuǎn)中，如在圖1-圖2、圖7和圖9-圖11中所示，當高超音速交通工具10以超音速速度或亞音速速度行進時(例如當高超音速交通工具10正加速到高超音速速度或從高超音速速度減速時)，流動限制器200可以被移動到完全展開位置。如以上所述，流動限制器200處于完全展開位置時，第一部分亞高超音速氣流被轉(zhuǎn)移到進氣道100的外部而第二部分將被允許進入進氣道100，如圖9中的流線所示，這將阻止在進氣道100前面形成沖擊波并且阻止進氣道蜂鳴和未起動狀況。當高超音速交通工具10達到或接近吸氣式發(fā)動機運轉(zhuǎn)速度時，流動限制器200被縮回到收起位置或縮回位置，在該收起位置或縮回位置處流動限制器200被設(shè)置在整流罩110中的凹口130內(nèi)。在該位置，即將到來的所有高超音速氣流被允許進入進氣道100并且高超音速吸氣式發(fā)動機40可以被點火。

進一步地，本公開包括根據(jù)以下條款所述的實施例：

條款1.一種高超音速交通工具，其包括：

機體；

至少一個控制表面，其與所述機體相關(guān)聯(lián)；以及

高超音速吸氣式發(fā)動機，其與所述機體相關(guān)聯(lián)，所述發(fā)動機包括：

漸縮進氣道，其具有固定的整流罩和喉部，所述固定的整流罩具有第一橫截面面積，所述喉部與所述整流罩流體連通并且具有小于所述第一橫截面面積的第二橫截面面積；以及

流動限制器，其具有小于所述第一橫截面面積的第三橫截面面積并且可在收起位置與完全展開位置之間移動；其中

所述流動限制器在所述完全展開的位置時，在所述流動限制器的周界與所述整流罩的內(nèi)表面之間形成一致的間隙；以及

所述整流罩的所述第一橫截面面積與所述流動限制器的所述第三橫截面面積之間的差大約等于所述喉部的所述第二橫截面面積。

條款2.根據(jù)條款1所述的高超音速交通工具，其中所述流動限制器在所述收起位置時不阻礙氣流進入所述進氣道并且所述流動限制器在所述完全展開位置時將一部分所述氣流轉(zhuǎn)移到所述進氣道的外部。

條款3.根據(jù)條款1所述的高超音速交通工具，其中所述固定的整流罩是曲線的。

條款4.根據(jù)條款1所述的高超音速交通工具，其中：

所述進氣道進一步包括在所述進氣道的壁內(nèi)形成的保形限制器凹口；以及

所述流動限制器在所述收起位置時被收入所述保形限制器凹口內(nèi)。

條款5.根據(jù)條款4所述的高超音速交通工具，其中所述流動限制器進一步包括在所述流動限制器的所述周界與所述進氣道的所述壁之間延伸的至少一個臂。

條款6.根據(jù)條款5所述的高超音速交通工具，其中所述至少一個臂包括旋轉(zhuǎn)軸線并且所述流動限制器圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線在所述收起位置與完全展開位置之間旋轉(zhuǎn)。

條款7.根據(jù)條款1所述的高超音速交通工具，其中所述至少一個控制表面被連接到所述機體。

條款8.根據(jù)條款1所述的高超音速交通工具，其中所述至少一個控制表面與所述機體是一體的。

條款9.根據(jù)條款1所述的高超音速交通工具，其中所述發(fā)動機被設(shè)置在所述機體內(nèi)。

條款10.根據(jù)條款1所述的高超音速交通工具，其中所述發(fā)動機被連接到所述機體。

條款11.根據(jù)條款1所述的高超音速交通工具，其中所述流動限制器阻止進氣道蜂鳴和未起動狀況，其中所述流動限制器處于完全展開位置且氣流處于所述發(fā)動機的運轉(zhuǎn)極限以下的速度。

條款12.一種用于高超音速交通工具的吸氣式發(fā)動機，所述發(fā)動機包括：漸縮進氣道，其具有固定的整流罩和與所述整流罩流體連通的喉部；以及

流動限制器，其在收起位置與完全展開位置之間可移動；其中

所述流動限制器在所述完全展開位置時，在所述流動限制器的周界與所述整流罩的內(nèi)表面之間形成一致的間隙使得所述進氣道具有大約1∶1的內(nèi)部收縮比。

條款13.根據(jù)條款12所述的發(fā)動機，其中所述流動限制器在所述收起位置時不阻礙氣流進入所述進氣道并且所述流動限制器在所述完全展開位置時將第一部分所述氣流轉(zhuǎn)移到所述進氣道的外部并且允許第二部分所述氣流進入所述進氣道。

條款14.根據(jù)條款12所述的發(fā)動機，其中所述固定的整流罩是曲線的。

條款15.根據(jù)條款12所述的發(fā)動機，其中：

所述整流罩具有第一橫截面面積；

所述喉部具有第二橫截面面積，所述第二橫截面面積小于所述整流罩的所述第一橫截面面積；

所述流動限制器具有第三橫截面面積，所述第三橫截面面積小于所述整流罩的所述第一橫截面面積；以及

所述整流罩的所述第一橫截面面積與所述流動限制器的所述第三橫截面面積之間的差大約等于所述喉部的所述第二橫截面面積。

條款16.根據(jù)條款12所述的發(fā)動機，其中所述喉部具有第二橫截面面積并且所述間隙限定第四橫截面面積，所述第四橫截面面積大約等于所述喉部的所述第二橫截面面積。

條款17.根據(jù)條款12所述的發(fā)動機，其中：

所述進氣道進一步包括在所述進氣道的壁內(nèi)形成的保形限制器凹口；以及

所述流動限制器在所述收起位置中被收入所述保形限制器凹口內(nèi)。

條款18.根據(jù)條款17所述的發(fā)動機，其中所述流動限制器進一步包括在所述流動限制器的所述周界與所述進氣道的所述壁之間延伸的至少一個臂。

條款19.根據(jù)條款18所述的發(fā)動機，其中所述至少一個臂包括旋轉(zhuǎn)軸線并且所述流動限制器圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線在所述收起位置與完全展開位置之間旋轉(zhuǎn)。

條款20.根據(jù)條款12所述的發(fā)動機，其中所述流動限制器阻止進氣道蜂鳴和未起動狀況，其中所述流動限制器處于完全展開位置且氣流以低于所述發(fā)動機的運轉(zhuǎn)極限的速度進入所述發(fā)動機。

條款21.一種阻止高超音速吸氣式發(fā)動機中的進氣道蜂鳴和未起動狀況的方法，包括以下步驟：

提供漸縮進氣道，所述漸縮進氣道具有固定的整流罩和喉部，所述固定的整流罩具有第一橫截面面積，所述喉部與所述整流罩流體連通并且具有小于所述第一橫截面面積的第二橫截面面積；以及

將流動限制器從收起位置移動到完全展開位置，所述流動限制器具有小于所述第一橫截面面積的第三橫截面面積，在完全展開位置所述流動限制器將一部分氣流轉(zhuǎn)移到所述進氣道的外部；其中

在所述流動限制器的周界與所述整流罩的內(nèi)表面之間形成一致的間隙；以及

所述整流罩的所述第一橫截面面積與所述流動限制器的所述第三橫截面面積之間的差大約等于所述喉部的所述第二橫截面面積。

條款22.根據(jù)條款21所述的方法，其中所述固定的整流罩是曲線的。

條款23.根據(jù)條款21所述的方法，其進一步包括以下步驟：

提供保形限制器凹口，所述保形限制器凹口在所述進氣道的壁內(nèi)形成；以及

將所述流動限制器收入所述保形限制器凹口內(nèi)以處于所述收起位置。

條款24.根據(jù)條款23所述的方法，其進一步包括以下步驟：

提供至少一個臂，所述至少一個臂在所述流動限制器的所述周界與所述進氣道的所述壁之間延伸，所述至少一個臂包括旋轉(zhuǎn)軸線；以及

使所述流動限制器圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線在所述收起位置與完全展開位置之間旋轉(zhuǎn)。

條款25.根據(jù)條款21所述的方法，所述流動限制器阻止進氣道蜂鳴和未起動狀況，其中所述流動限制器處于完全展開位置且氣流處于所述發(fā)動機的運轉(zhuǎn)極限以下的速度。

雖然上文已經(jīng)描述了各種實施例，但是本公開不是意于被限制于此?？梢詫λ_的實施例作出仍然在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的變體。