CN109606707A - 一种基于等离子体流动控制的宽域超声速进气道 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于等离子体流动控制的宽域超声速进气道，包括进气道主体和整流罩，所述进气道主体前端表面设有表面电弧放电等离子体激励装置。当进气道飞行马赫数大于设计马赫数时，开启表面电弧放电等离子体激励装置，表面电弧放电等离子体激励装置能够在进气道弯曲壁面上的激励区产生高温等离子体区域，形成虚拟型面，增强虚拟型面前缘激波，推动进气道压缩面外压激波系向外偏转，从而使得压缩面外压激波系重新封口，避免高马赫数下超额定状态，提高了高马赫数下进气道的流场特性。

Description

一种基于等离子体流动控制的宽域超声速进气道
技术领域
本发明涉及飞行器进气道技术领域，尤其是一种基于等离子体流动控制的宽域超声速进气道。
背景技术
由于高超声速进气道的宽马赫数工作要求与其单一设计点的设计方式之间存在矛盾，导致高超声速进气道在非设计点下的气动性能不理想，当飞行马赫数等于于设计马赫数时，压缩面激波系封口，当飞行马赫数低于设计马赫数时，压缩面激波系倾角增大，来流在进气道口部发生溢流，使得进气道流量系数显著下降，且流溢阻力加大；当飞行马赫数高于设计马赫数时，压缩面激波系打到进气道内通道，引起进气道流动分离，使得进气道总压恢复降低，严重影响进气道性能。
为得到在宽马赫数范围内有良好气动性能的进气道，需要对进气道的压缩面激波系进行调节。为此常见的方式是采用变几何调节方式。变几何调节方式即为通过在不同马赫数下改变进气道的几何形状，从而达到调节激波系的目的，以此来提高进气道的气动性能。但变几何方式的研究较为单一，大多都是依靠机械结构实现进气道某一部件的转动或平移，采用的变形方式有一定的局限性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于等离子体流动控制的宽域超声速进气道，当进气道飞行马赫数大于封口马赫数时，控制压缩面激波系使其重新封口。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道，包括进气道主体和整流罩，所述进气道主体和整流罩之间形成进气通道，所述进气道主体前端表面设有表面电弧放电等离子体激励装置。
进一步地，所述进气道主体的前部为进气道弯曲壁面。
进一步地，整流罩前端与进气道主体之间形成进气道唇口，进气道主体前端后部与整流罩之间形成进气道喉道，进气道主体的后端与整流罩后部之间形成进气道隔离段。
进一步地，所述表面电弧放电等离子体激励装置布置在所述进气道弯曲壁面的前端。
根据上述的宽速域超声速进气道的压缩面激波系的控制方法，当进气道飞行马赫数大于设计马赫数时，开启表面电弧放电等离子体激励装置，表面电弧放电等离子体激励装置能够在进气道弯曲壁面上的激励区产生高温等离子体层，形成虚拟型面，增强虚拟型面前缘激波，推动进气道压缩面外压激波系向外偏转，从而使得压缩面外压激波系重新封口。
进一步地，所述设计马赫数为马赫4。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明是一种基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道，当飞行马赫数大于封口马赫数时，控制压缩面激波系使其重新封口，避免高马赫数下超额定状态，降低进气道的设计马赫数，提高高马赫数下进气道的流场特性；(2)本发明采取的是进气道定几何调节方式，不需要改变进气道的几何形状、位置或者倾角，结构简单。
附图说明
图1为本发明的基于等离子体流动控制的宽域超声速进气道的结构示意图。
图2为激励关闭时进气道工作示意图(飞行马赫数等于设计马赫数)。
图3为激励关闭时进气道工作示意图(飞行马赫数高于设计马赫数)。
图4为激励开启时进气道工作示意图(飞行马赫数高于设计马赫数)。
图中：1.进气道本体；2.表面电弧放电等离子体激励装置；3.进气道弯曲壁面；4.进气道唇口；5.进气道外压缩段；6.进气道内压缩段；7.进气道喉道；8.进气道隔离段；9.进气道压缩面外压激波系；10.附面层分离；11.高温等离子体层；12.高温等离子层前缘激波；13.进气道主体；14.整流罩。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1-4所示，一种基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道，其包括进气道主体13和设于进气道主体中后部外侧的整流罩14，所述进气道主体13和整流罩14之间形成进气通道，所述进气道主体前端设有表面电弧放电等离子体激励装置2。
所述进气道主体13的前部为进气道弯曲壁面3。
整流罩14前端与进气道主体13之间形成进气道唇口4，进气道主体13前端后部与整流罩14之间形成进气道喉道7，进气道主体13的后端与整流罩14后部之间形成进气道隔离段8。
进气道主体13位于整流罩14外的部分形成进气道外压缩段5，进气道唇口4与进气道喉道7之间为进气道内压缩段6。
所述表面电弧放电等离子体激励装置2布置在所述进气道弯曲壁面3的前端位置处。
进气道设计马赫数为马赫4，内收缩比为1.2，总收缩比为4。
结合图2，所述基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道，当飞行马赫数等于设计马赫数时，压缩面外压激波系9刚好打至唇口4处，形成激波系封口。
结合图3，所述基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道，当飞行马赫数大于设计马赫数时，表面电弧放电等离子体激励装置2未开启，压缩面外压激波系9打到进气道内通道，引起进气道上壁面附面层分离10，严重影响进气道的气动性能。
结合图4，所述基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道，当飞行马赫数大于设计马赫数时，开启表面电弧放电等离子体激励装置2，电弧放电等离子体气动激励能够在进气道弯曲壁面3上的激励区产生高温等离子体区域。在超声速来流条件下，高温气体迅速被来流吹向下游，在进气道弯曲壁面3附近形成高温等离子体层11，高温等离子层可看做虚拟型面，由于斜面倾角的增大，使得虚拟型面前缘激波12增强，推动压缩面外压激波系9向外偏转，从而使得压缩面外压激波系9重新封口。
通过本发明可以调节飞行马赫数大于设计马赫数时的进气道压缩面外压激波系9与进气道唇口4的相对位置，从而可以降低进气道的设计马赫数，提高高马赫数下进气道的流场特性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道(1)，其特征在于，包括进气道主体(13)和整流罩(14)，所述进气道主体(13)和整流罩(14)之间形成进气通道，所述进气道主体(13)前端表面设有表面电弧放电等离子体激励装置(2)。
2.根据权利要求1所述的基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道(1)，其特征在于，所述进气道主体(13)的前部为进气道弯曲壁面(3)。
3.根据权利要求2所述的基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道(1)，其特征在于，整流罩(14)前端与进气道主体(13)之间形成进气道唇口(4)，进气道主体(13)前端后部与整流罩(14)之间形成进气道喉道(7)，进气道主体(13)的后端与整流罩(14)后部之间形成进气道隔离段(8)。
4.根据权利要求2所述的基于等离子体流动控制的宽速域超声速进气道(1)，其特征在于，所述表面电弧放电等离子体激励装置(2)布置在所述进气道弯曲壁面(3)的前端。
5.根据权利要求1-4任一项所述的宽速域超声速进气道(1)的压缩面激波系的控制方法，其特征在于，当进气道飞行马赫数大于设计马赫数时，开启表面电弧放电等离子体激励装置(2)，表面电弧放电等离子体激励装置(2)能够在进气道弯曲壁面(3)上的激励区产生高温等离子体层(11)，形成虚拟型面，增强虚拟型面前缘激波(12)，推动进气道压缩面外压激波系(9)向外偏转，从而使得压缩面外压激波系(9)重新封口。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述设计马赫数为马赫4。
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