CN111042922A - 一种进气道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进气道，用于发动机，包括钝前缘，钝前缘包括位于中心的平滑过渡段及与平滑过渡段两端衔接的平直段；钝前缘上开设有进气口和出气口，进气口和出气口通过所述钝前缘位置的导流通道连接，所述进气口与所述平滑过渡段中心的距离小于所述出气口与所述平滑过渡段中心的距离。在本申请提供的钝前缘中，通过在钝前缘开设导流通道，利用流场上下游的静压差，无需额外的动力装置和能量供给系统，即可实现流动自循环，结构简单，实现容易，将高压处气流导向低压处位置，降低了平滑过渡段中心处激波到壁面的距离，有效降低了钝前缘壁面压力、热流载荷峰值，进而提高进气道性能。

Description

一种进气道

技术领域

本发明涉及高马赫数气动技术领域，特别涉及一种进气道。

背景技术

高马赫数飞行器具有极其重要的军事和民用价值，超燃冲压发动机是实现这种高速飞行的最具潜力的动力方式之一，进气道作为超燃冲压发动机的重要部件，其性能直接关系到整个推进系统的效率。近年来，采用曲面激波和等熵压缩相结合的内转式进气道，因其气流压缩率高、总压损失低等优异的性能，受到广泛关注。

然而，由于内转式进气道前缘高度后掠，前缘根部交叉位置形成类V字形溢流口。在实际设计中，出于气动热防护和结构强度的考虑，需要对暴露在高马赫数来流中的进气道前缘做一定程度的钝化处理。但是进气道前缘钝化之后，激波不再附体，脱体激波的出现导致溢流口附近产生复杂的波系结构，同时可能引起壁面压力、热流升高及流动的非定常振荡，不仅给进气道溢流口的结构强度带来严峻挑战，而且影响进气道的性能。

因此，如何提高发动机进气道性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种进气道，以提高进气道性能。

为实现上述目的，本发明提供一种进气道，用于发动机，包括钝前缘，所述钝前缘包括位于中心的平滑过渡段及与所述平滑过渡段两端衔接的平直段；

所述钝前缘上开设有进气口和出气口，所述进气口和所述出气口通过所述钝前缘位置的导流通道连接，所述进气口与所述平滑过渡段中心的距离小于所述出气口与所述平滑过渡段中心的距离。

优选地，所述导流通道为两个，两个所述导流通道分别布置在所述钝前缘中心线位置相对两侧。

优选地，两个所述导流通道共用一个所述进气口，所述进气口位于所述平滑过渡段中心位置。

优选地，所述平滑过渡段的中心线为圆弧形结构。

优选地，所述进气口、所述出气口和所述导流通道均为圆形截面管道。

优选地，所述进气口的直径D₁满足：

0.3r≤D₁≤0.4r；

两个所述出气口分布在所述钝前缘的中心线相对两侧，且呈对称分布，所述出气口和所述导流通道为等截面管道，所述出气口和所述导流通道的直径D₂满足：

其中，r为钝前缘的钝化半径。

优选地，所述出气口位于所述平直段与所述平滑过渡段的衔接处，所述出气口中心与所述平滑过渡段中心的水平距离L₁满足：

0.2r≤L₁≤8r。

优选地，所述进气口与所述导流通道连接处通过变截面圆形管道连接；

所述进气口中心与所述导流通道连接处起点的水平距离L₂满足：

0.3r≤L₂≤1r；

其中，r为钝前缘的钝化半径。

优选地，所述导流通道与所述进气口和所述出气口均通过倒圆光滑过渡；

所述进气口与所述导流通道过渡的倒圆半径R₁满足：

0.2r≤R₁≤1r；

其中，r为钝前缘的钝化半径。

优选地，所述出气口与所述导流通道过渡的倒圆半径R₂满足：

0.5r≤R₂≤4r。

在上述技术方案中，本发明提供的进气道，用于发动机，包括钝前缘，钝前缘包括位于中心的平滑过渡段及与平滑过渡段两端衔接的平直段。钝前缘上开设有进气口和出气口，进气口和出气口通过钝前缘位置的导流通道连接，进气口与平滑过渡段中心的距离小于出气口与平滑过渡段中心的距离。发动机在工作时，在平滑过渡段中心处附近，激波干扰复杂，压力较高；在平滑过渡段上游，压力较低；利用流场上下游的静压差，将平滑过渡段中心处的高压气流从进气口抽走，并经导流通道，于上游压力较低位置处的出气口重新喷出，实现自循环的流动控制回路。

通过上述描述可知，在本申请提供的进气道中，通过在钝前缘开设导流通道，利用流场上下游的静压差，无需额外的动力装置和能量供给系统，即可实现流动自循环，结构简单，实现容易，将高压处气流导向低压处位置，降低了平滑过渡段中心处激波到壁面的距离，有效降低了钝前缘壁面压力、热流载荷峰值，进而提高进气道性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的钝前缘的轴测图；

图2为本发明实施例所提供的钝前缘的展向剖视图；

图3为图2所示A部放大图；

图4为本发明提供的钝前缘与传统的钝前缘对称面马赫数云图对比；

图5为本发明提供的钝前缘与传统的钝前缘中心线壁面压力对比；

图6本发明提供的钝前缘与传统的钝前缘中心线壁面热流对比。

其中图1-3中：1-进气口、2-出气口、3-导流通道、4-平直段、5-平滑过渡段。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种进气道，以提高进气道性能。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图6。

在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的进气道，用于发动机，包括钝前缘，钝前缘包括位于中心的平滑过渡段5及与平滑过渡段两端衔接的平直段4；钝前缘上开设有进气口1和出气口2，进气口1和出气口2通过钝前缘位置的导流通道3连接，进气口1与平滑过渡段5中心的距离小于出气口2与平滑过渡段5中心的距离。如图1指图3所示，钝前缘位置为板体结构，是为了便于显示导流通道、进气口与出气口的位置，在具体使用时，钝前缘所在位置并不是如上形状。

优选地，进气口1开设于平滑过渡段5的中心位置，出气口2开设于平滑过渡段5或者平直段4或者平直段4与平滑过渡段5衔接位置。

进气口1垂直于平滑过渡段5开口位置所在壁面，出气口2沿着展向坐标(z轴)方向。

发动机在工作时，在平滑过渡段5中心处附近，激波干扰复杂，压力较高；在平滑过渡段5上游，压力较低；利用流场上下游的静压差，将平滑过渡段5中心处的高压气流从进气口1抽走，并经导流通道3，于上游压力较低位置处的出气口2重新喷出，实现自循环的流动控制回路。

通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的进气道中，通过在钝前缘开设导流通道3，利用流场上下游的静压差，将平滑过渡段5中心处的高压气流从进气口1抽走，并经导流通道3，于上游压力较低位置处的出气口2重新喷出，无需额外的动力装置即可实现流动自循环。无需额外的动力装置和能量供给系统，即可实现流动自循环，结构简单，实现容易，将高压处气流导向低压处位置，降低了平滑过渡段5中心处激波到壁面的距离，有效降低了钝前缘壁面压力、热流载荷峰值，进而提高进气道性能。

优选地，导流通道3为两个，两个导流通道3分别布置在钝前缘中心线位置相对两侧。

在一种具体实施方法中，两个导流通道3共用一个进气口1，进气口1位于平滑过渡段5中心位置。

具体的，平滑过渡段5的中心线为弧形线结构，具体为圆弧形。或者，平滑过渡段5中心线的形状为椭圆形结构、双曲线形或者抛物线形等。

在一种具体实施方式中，进气口1、出气口2和导流通道3均为圆形截面管道。

在一种具体实施方式中，导流通道与进气口1和出气口2均通过倒圆光滑过渡；

进气口1与导流通道3过渡的倒圆半径R₁满足：

0.2r≤R₁≤1r；

出气口2与导流通道3过渡的倒圆半径R₂满足：

0.5r≤R₂≤4r；

r为钝前缘的钝化半径。

在一种具体实施方式中，进气口1的直径D₁满足：

0.3r≤D₁≤0.4r，具体的，D₁可以为0.35r。

其中r为钝前缘的钝化半径。

具体的，出气口2和导流通道3为等截面管道，出气口2和导流通道3的直径D₂满足：

出气口2位于平直段与平滑过渡段5衔接处，出气口2中心与平滑过渡段5中心的水平距离L₁满足：

0.2r≤L₁≤8r，具体的，0.4r≤L₁≤0.6r，

r为钝前缘的钝化半径。

进气口1的中心与导流通道3两个起点之间通过变截面圆形管道连接。

在一种具体实施方式中，进气口1与导流通道3连接处通过变截面圆形管道连接；

进气口1中心与导流通道3进气端的水平距离L₂满足：

0.3r≤L₂≤1r，具体的，0.5r≤L₂≤0.8r。

其中，r为钝前缘的钝化半径。

在一种具体实施方式中，参考附图3，本实例自循环流动控制装置的设计参数为：进气口1的直径D₁＝0.4r、出气口2和导流通道3的直径D₂＝0.283r、出气口2中心与平滑过渡段5中心的水平距离L₁＝1.9r、进气口1中心与导流通道3进气端的水平距离L₂＝0.3r、进气口1与导流通道3过渡的倒圆半径R₁＝0.4r、出气口2与导流通道3过渡的倒圆半径R₂＝0.5r，其中r为前缘钝化半径。通过数值模拟，对该实例的控制效果进行说明，如下：

附图4给出了本申请采用流动控制装置与传统未采用流动控制，钝前缘对称面马赫数云图对比，其中，来流马赫数为6，来流方向从左向右；从图4中的流线可以看出，气流的确从控制装置的进气口1进入，流经导流通道3，再从出气口2喷出；与未采用流动控制情况相比，采用流动控制后，平滑过渡段5中心处激波到壁面的距离减小了约33％。

附图5给出了导流通道3采用流动控制与传统未采用流动控制，钝前缘中心线壁面压力对比，横轴是展向坐标除以前缘钝化半径，纵轴是当地压力除以来流静压，图中实线表示未采用流动控制的结果，点画线表示采用流动控制的结果。从图5中可以看出，在进气口1和出气口2之间，壁面压力分布存在明显峰值，采用流动控制之后，压力峰值下降了约28％。也就是说，本发明钝前缘自循环流动控制装置，有效降低了钝前缘壁面压力载荷峰值。

附图6展示了传统采用流动控制与传统未采用流动控制，钝前缘中心线壁面热流对比，横轴是展向坐标除以前缘钝化半径，纵轴是当地热流除以相同钝化半径圆柱的驻点热流理论值，图中实线表示未采用流动控制的结果，点画线表示采用流动控制的结果。从图6中可以看出，在进气口1和出气口2之间，壁面热流分布同样存在明显峰值，而采用流动控制之后，热流载荷峰值下降了约27％。可见，控制效果明显。

本申请在工作时，在平滑过渡段5中心处附近，激波干扰复杂，压力较高；在平滑过渡段5上游，压力较低；利用流场上下游的静压差，将平滑过渡段5中心处的高压气流从进气口1抽走，并经导流通道3，于上游压力较低位置处的出气口2重新喷出，实现自循环的流动控制回路。另外，导流通道3截面为圆形，对结构破坏小，导流通道3的长度短，降低装置的复杂性，增加流动的通畅性；两个导流通道3采用上下对称设计，入口截面积是上下2个出口截面积之和，进一步增加了流动的通畅性。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的钝前缘自循环流动控制装置，利用流场上下游的静压差，无需额外的动力装置和能量供给系统，即可实现流动自循环，结构简单，实现容易。在不改变钝前缘几何特征的前提下，显著降低了平滑过渡段5中心处激波到壁面的距离，有效降低了钝前缘壁面压力、热流载荷峰值。另外，自循环流动控制装置，应用面广，针对不同几何特征的钝前缘，均可实现。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种进气道，用于发动机，其特征在于，包括钝前缘，所述钝前缘包括位于中心的平滑过渡段(5)及与所述平滑过渡段两端衔接的平直段(4)；

所述钝前缘上开设有进气口(1)和出气口(2)，所述进气口(1)和所述出气口(2)通过所述钝前缘位置的导流通道(3)连接，所述进气口(1)与所述平滑过渡段(5)中心的距离小于所述出气口(2)与所述平滑过渡段(5)中心的距离。

2.根据权利要求1所述的进气道，其特征在于，所述导流通道(3)为两个，两个所述导流通道(3)分别布置在所述钝前缘中心线位置相对两侧。

3.根据权利要求1所述的进气道，其特征在于，两个所述导流通道(3)共用一个所述进气口(1)，所述进气口(1)位于所述平滑过渡段(5)中心位置。

4.根据权利要求1所述的进气道，其特征在于，所述平滑过渡段(5)的中心线为圆弧形结构。

5.根据权利要求1所述的进气道，其特征在于，所述进气口(1)、所述出气口(2)和所述导流通道(3)均为圆形截面管道。

6.根据权利要求5所述的进气道，其特征在于，所述进气口(1)的直径D₁满足：

0.3r≤D₁≤0.4r；

两个所述出气口(2)分布在所述钝前缘的中心线相对两侧，且呈对称分布，所述出气口(2)和所述导流通道(3)为等截面管道，所述出气口(2)和所述导流通道(3)的直径D₂满足：

其中，r为钝前缘的钝化半径。

7.根据权利要求6所述的进气道，其特征在于，所述出气口(2)位于所述平直段(4)与所述平滑过渡段(5)的衔接处，所述出气口(2)中心与所述平滑过渡段(5)中心的水平距离L₁满足：

0.2r≤L₁≤8r。

8.根据权利要求1所述的进气道，其特征在于，所述进气口(1)与所述导流通道(3)连接处通过变截面圆形管道连接；

所述进气口(1)中心与所述导流通道(3)连接处起点的水平距离L₂满足：

0.3r≤L₂≤1r；

其中，r为钝前缘的钝化半径。

9.根据权利要求1所述的进气道，其特征在于，所述导流通道(3)与所述进气口(1)和所述出气口(2)均通过倒圆光滑过渡；

所述进气口(1)与所述导流通道(3)过渡的倒圆半径R₁满足：

0.2r≤R₁≤1r；

其中，r为钝前缘的钝化半径。

10.根据权利要求9所述的进气道，其特征在于，所述出气口(2)与所述导流通道(3)过渡的倒圆半径R₂满足：

0.5r≤R₂≤4r。

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