CN102828832B - 一种提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法，在设计完成的定几何二元混压式进气道基础上，对唇口的形状进行适当的改变，可在进气道起动过程中通过唇口缺口处的额外溢流将起动马赫数有效地降低。通过损失较少的流量将其起动能力提高，方法简单易行，机械加工容易实现，不仅能有效地降低进气道的起动马赫数，而且可以带来工作过程中更小的总压损失；由于唇口形状改变后增加的额外溢流，进气道压缩过程中的激波强度会有所减弱，从而使总压恢复系数有所提高，更高的总压为发动机总体性能的提升提供了条件。以较少的流量损失获得二元混压式进气道更优的起动性能以及总压恢复系数，具有非常好的应用价值。

Description

一种提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法

技术领域

本发明涉及飞行器二元混压式进气道的性能优化技术，具体地说,涉及一种提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法。

背景技术

二元混压式进气道以其结构简单、迎角特性和升阻特性较好的优势被各种飞行器广泛采用。

现有公开的文献“宽马赫数固冲二元进气道设计与研究”（《宇航学报》，Vol.29,No.5,2008,1577-1582）、“典型二元高超声速进气道的侧压式进气道的性能比较”（《航空动力学报》，Vol.23,No.9,2008,1553-1560）和“OptimumDesign for 2-D Inlet Working in Condition of Large Angle of Attack”（AIAA2009-36,2009）等文中描述了在不同工作状态下适用的定几何二元混压式进气道。不同的定几何二元混压式进气道由于喉道面积的限定都有其确定的起动马赫数，而尽可能低的起动马赫数对于飞行器的整个推进系统是很有帮助的。通常，定几何二元混压式进气道采用的提高起动能力的方法是采用内部开孔或槽的抽吸方法。而本发明的方法则是在设计完成的定几何二元混压式进气道基础上，适当改变唇口的形状，通过损失较少的流量,有效地将起动能力以较大的提高。

发明内容

本发明的目的是:从进气道设计和起动能力的方法创新相结合的研究思路出发,在完成的定几何二元混压式进气道设计的基础上，适当改变唇口的形状，通过损失很少的流量将其起动能力提高；这种方法简单易行，机械加工容易实现，不仅能有效地降低进气道的起动马赫数，而且可以带来工作过程中更小的总压损失。

本发明定几何二元混压式进气道的基本构型是:包括外压段、内压段、喉道段、隔离段、唇口；其中唇口作为内压段的一部分，为带有一定楔角的尖板结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法,其特点是包括以下步骤:

第一步，确定进气道的几何参数,以定几何二元混压式进气道构型为基础，选定所用进气道合理的设计要点、确定流量和起动马赫数，据此确定进气道的高度和宽度；

第二步，确定马赫数值，适当将二元混压式进气道选定的起动马赫数提高到一定值，相对提高值不超过10%；

第三步，将唇口剪切掉一部分或多部分，剪切掉的面积大小由起动马赫数的期望降低值决定，但不超过进气道唇口面积的一半，通过唇口缺口处的额外溢流将起动马赫数有效地降低，带来进气道起动能力较大的提升；

第四步，剪切掉的部分均以唇口前缘的某一点或者某两点为起点和终点。

有益效果

本发明提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法的特点包括以下几方面：第一，方法简单易行，只需要在设计完成的进气道基础上对唇口进行少许改动即可，机械加工容易实现。第二，唇口被剪切掉一定的面积，可以在进气道起动过程中通过唇口缺口处的额外溢流将起动马赫数有效地降低。第三，由于唇口剪切后增加的额外溢流，进气道压缩过程中的激波强度会有所减弱，从而使总压恢复系数有所提高，更高的总压为发动机总体性能的提升提供了条件。第四，唇口剪切处造成的流量损失很小，在进气道的整个起动过程中损失的流量最多不超过捕获流量的3%，却可以带来进气道起动能力较大的提升。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法作进一步详细说明。

图1为本发明二元混压式进气道的基本构型。

图2为本发明二元混压式进气道的俯视图。

图3为本发明进气道起动能力的方法优化得到的二元混压式进气道俯视图。

图4为本发明改变形状后的进气道唇口示意图。

图5为唇口形状改变前后的进气道起动过程中总压恢复系数的变化曲线。

图中：

1.外压段  2.内压段  3.喉道段  4.隔离段  5.唇口

具体实施方式

本实施例是一种提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法,包括外压段1、内压段2、喉道段3、隔离段4、唇口5。

参阅图1、图2、图3,本发明提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法,在设计定几何二元混压式进气道时,根据飞行器的总体要求确定进气道的几何参数,选定所用进气道合理的设计要点、确定流量和起动马赫数，并据此确定进气道的高度及宽度。本实例选取的是一种亚燃冲压发动机用的进气道，设计要点为：飞行高度为10km，设计马赫数为3.0；捕获流量为4kg/s；起动马赫数为2.2。据此设计要点，本实例选定进气道的捕获高度为72mm，宽度为150mm。利用气体动力学原理，基于激波前后的气动关系建立一维模型，结合遗传算法以进气道总压恢复系数最大为目标进行优化，得到二元进气道的总压缩角以及各级压缩角分别为14.5°、7.3°、7.2°、6.9°、7.6°，总收缩比为2.0。经过数值模拟修正，本实例选取进气道的喉道段3长高比为2.0，隔离段4采用扩张形式，单侧扩张角为3度，扩张比为2.0。完成基本几何构型设计后，将唇口5适当地剪切掉一部分或多部分，剪切掉的面积大小由起动马赫数的期望降低值来决定，但不超过进气道唇口面积的一半，通过唇口缺口处的额外溢流将起动马赫数有效地降低；剪切掉的部分均以唇口前缘的某一点或者某两点为起点和终点,带来进气道起动能力较大的提升。本实例按照图4中的唇口5形状进行剪切，即剪切掉两个三角形部分，剪切掉的总面积大约占唇口5板面积的50%，使唇口5形成顶角为120°的等腰三角形，剪切掉的每部分都分别以唇口5前缘的中点和端点作为起点和终点。即完成定几何二元混压式进气道的性能优化设计。

图5是通过数值模拟获得的唇口形状改变前后的进气道起动过程中总压恢复系数的变化曲线。总压恢复系数的突然增大时对应的来流马赫数Ma就是进气道的起动马赫数。据此得到基准进气道和改变唇口形状后的二元进气道的起动马赫数分别为2.17和1.94。可以看到，由于唇口形状的改变，确切说是唇口面积的减小，定几何二元混压式进气道仅通过不到2.5%的流量损失就可使其起动马赫数有效地降低了10.6%，且进气道起动过程中的总压恢复系数也得到了较大的提高，从而获得了起动能力的明显提升。

本发明一种提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法,简单易行，机械加工容易实现，通过适当改变唇口形状，以很少的流量损失来获得二元混压式进气道更优的起动性能以及总压恢复系数，有较好的应用价值。

Claims (1)

1.一种提高定几何二元混压式进气道起动能力的方法,其特征在于包括以下步骤:

第一步，确定进气道的几何参数,以定几何二元混压式进气道构型为基础，选定所用进气道合理的设计要点、确定流量和起动马赫数，据此确定进气道的高度和宽度；

第二步，确定马赫数值，适当将二元混压式进气道选定的起动马赫数提高到一定值，相对提高值不超过10%；

第三步，将唇口剪切掉一部分或多部分，剪切掉的面积大小由起动马赫数的期望降低值决定，但不超过进气道唇口面积的一半，通过唇口缺口处的额外溢流将起动马赫数有效地降低，带来进气道起动能力较大的提升；

第四步，剪切掉的部分均以唇口前缘的某一点或者某两点为起点和终点。

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