CN113217192A - 一种高超声速进气道唇口控制装置和高超声速飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高超声速进气道唇口控制装置和高超声速飞行器，高超声速进气道唇口控制装置，其特征在于，包括可动唇口板和调节机构；所述可动唇口板具有封口面；所述可动唇口板设置在机身底板底部；所述封口面与机身底板上的高超声速进气道接触；所述调节机构与所述可动唇口板连接，用于驱动所述调节板平动进而改变高超声速进气道开口的大小。通过前后平移唇口板，改变进气道唇口位置，提高进气道在非设计状态下性能，保证进气道在较宽的飞行马赫数范围内稳定工作。同时，该控制装置结构简单，易于实现。

Description

一种高超声速进气道唇口控制装置和高超声速飞行器

技术领域

本发明涉及一种高超声速进气道控制装置，特别是涉及一种高超声速进气道唇口控制装置和高超声速飞行器。

背景技术

高超声速进气道是吸气式高超声速飞行器的重要组成部分，其主要功能是对来流进行预压缩，为发动机提供高压低速的均匀来流，进气道性能对发动机的推力乃至整个飞行器的综合性能具有重要影响。对于宽马赫数范围工作的吸气式高超声速飞行器而言，当飞行器处于设计工作状态时，进气道通常具有良好的性能；当处于非设计工作状态时，进气道可能会出现流动损失从而产生空气流量捕获不足和阻力增大等问题，严重时甚至会出现进气道不启动，导致进气道不能正常稳定地工作。因此，如何保证进气道在较宽飞行范围内均能获得较优的性能具有重要的现实意义。

进气道变几何技术通过机械装置等方式控制机身结构产生运动，可以根据不同的飞行状态相应的调整几何构型，在解决非设计状态下进气道与发动机流量匹配，低马赫数自起动等方面展现出较大优势，成为飞行器宽马赫数飞行范围推进系统正常稳定工作的重要保证。

发明内容

本发明提供一种高超声速进气道唇口控制装置和高超声速飞行器，通过前后平移唇口板，改变进气道唇口位置，提高进气道在非设计状态下性能，保证进气道在较宽的飞行马赫数范围内稳定工作。同时，该控制装置结构简单，易于实现。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种高超声速进气道唇口控制装置，包括可动唇口板和调节机构；

所述可动唇口板具有封口面；所述可动唇口板设置在机身底板底部；所述封口面与机身底板上的高超声速进气道接触；

所述调节机构与所述可动唇口板连接，用于驱动所述调节板平动进而改变高超声速进气道开口的大小。

作为本发明的进一步改进，所述调节机构包括驱动单元和曲柄连杆机构；

所述可动唇口板两侧固定有与连杆相连的圆柱凸台，连杆与圆柱凸台铰接，连杆和曲柄铰接，曲柄与驱动单元连接；

可动唇口板端部与固定外罩板通过轨道相连。

作为本发明的进一步改进，所述驱动单元包括驱动电机和涡轮蜗杆减速器，驱动电机与涡轮蜗杆减速器连接，涡轮蜗杆减速器的输出轴与曲柄固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述可动唇口板包括依次连接的唇口段和滑动段；

所述唇口段上部为封口面，下部为斜面，封口面和斜面相交形成尖端；

所述滑动段与唇口段形成台阶结构。

作为本发明的进一步改进，所述可动唇口板下表面端部具有定位滑块，高超声速进气道对应的固定外罩板内侧具有供可动唇口板滑动的滑轨。

作为本发明的进一步改进，所述驱动单元设置在机身底板上，侧板上留有为连杆提供运动空间的凹槽，连杆穿过凹槽连接可动唇口板。

作为本发明的进一步改进，所述驱动电机由螺丝固定在减速器上，减速器通过减速器底座固定于机身底板上。

一种高超声速飞行器，包括飞行器机身，飞行器机身包括前体压缩板、侧板、机身底板和所述的高超声速进气道唇口控制装置，所述前体压缩板、侧板及机身底板相互连接，可动唇口板设置在机身底板下部。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过唇口板的平动，使进气道唇口可以根据来流条件改变位置，使进气道处于激波封口状态，避免高马赫数来流条件下激波射入唇口之后反射而导致的内压缩段边界层分离，同时增加低马赫数来流条件的捕获空气流量，保证进气道在较宽飞行范围内均能获得较优的综合性能。

优选的，唇口板的驱动装置为曲柄连杆机构，连杆穿过侧壁与唇口板连接并带动唇口板平动，方案结构简单实用，控制方便，工程应用中可实现性强。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1为包含唇口控制装置的变结构进气道轴测图；

图2为包含唇口控制装置的变结构进气道正视图；

图3为进气道唇口控制装置详细示意图；

图4为可动唇口板示意图；

图5为固定外罩板示意图；

图中：1.进气道前体压缩板；2.侧板；3.机身底板；4.驱动电机；5.可动唇口板；6.涡轮蜗杆减速器；7.连杆；8.曲柄；9.定位圆柱凸台；10.定位滑块；11.滑轨；12.固定外罩板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1-图5所示，本发明一种适用于宽马赫数工作的高超声速进气道唇口控制装置，主要包括前体压缩板1、侧板2、机身底板3、可动唇口板5、固定外罩板12、驱动电机系统和变结构装置。其中，驱动电机系统包括驱动电机6和涡轮蜗杆减速器4(如图3所示)，变结构装置包括曲柄8和连杆7(如图3所示)，侧板上留有为连杆7提供运动空间的凹槽，可动唇口板两侧固定有与连杆7相连的圆柱凸台9，且下表面固定有两个定位滑块10(如图4所示)，固定外罩板内侧具有供可动唇口板滑块运动的两个滑轨11(如图5所示)。

作为优选实施例，所述可动唇口板5包括依次连接的唇口段51和滑动段52；所述唇口段51上部为封口面，下部为斜面，封口面和斜面相交形成尖端；所述滑动段52与唇口段51形成台阶结构。滑动段52和与固定外罩板12通过轨道相连。

滑动段52上设置有定位滑块10，高超声速进气道对应的固定外罩板12内侧具有供可动唇口板1滑动的滑轨11。

其中，驱动电机系统包括电机支座和驱动电机，变结构机构包括曲柄和连杆，侧板上留有为连杆提供运动空间的凹槽，可动唇口板两侧固定有与连杆相连的圆柱凸台，且下表面固定有两个定位滑块，固定外罩板内侧具有供可动唇口板滑块运动的两个滑轨。主要组成部分的作用如下：前体压缩板对来流空气进行减速增压，侧板和机身底板在维持飞行器外形的基础上为驱动电机系统和变结构机构提供安置空间，可动唇口板通过前后平动改变唇口位置，固定外罩板为可动唇口板运动提供滑轨并对可动唇口板的运动形成约束。

驱动电机4由螺丝固定在减速器6上，减速器6通过减速器底座固定于机身底板3上，电机轴与曲柄8固定连接，曲柄8与连杆7铰链连接，连杆7由侧板上的凹槽穿过侧板2与可动唇口板5上的定位圆柱凸台9铰链连接，可动唇口板5与固定外罩板12可以相对运动，固定在固定外罩板12内侧的滑轨11供可动唇口板5上的滑块10滑动运动，同时将可动唇口板5的运动约束为前后移动并且限定了移动的距离。

本发明各部分机构之间的关系如下：驱动电机由电机支座固定在机身底板上，电机轴与曲柄固定连接，曲柄与连杆铰链连接，连杆由侧板上的凹槽穿过侧板与可动唇口板上的定位圆柱凸台铰链连接，可动唇口板与固定外罩板相连，固定外罩内侧的滑轨供可动唇口板上的滑块运动，同时将可动唇口板的运动约束为前后移动并且限定了移动的距离。

驱动电机4工作，电机轴带动曲柄8转动，曲柄8的转动带动与之相连的连杆7发生偏转，连杆7的偏转通过可动唇口板两侧的圆柱凸台9带动可动唇口板5运动，固定外罩板12对可动唇口板5的运动自由度产生约束，可动唇口板上的定位滑块10在固定外罩板12上的滑轨11中滑动，使可动唇口板5沿水平方向前后移动，从而改变进气道唇口的位置。当连杆7与曲柄8角度相同且重合时，可动唇口板5位于最靠后的位置点，且定位滑块10恰好到达固定外罩板12上的滑轨11的一端尽头；当连杆7与曲柄8角度相同且不重合时，可动唇口板5完全伸出，位于最靠前的位置点，且定位滑块10恰好到达固定外罩板12上的滑轨11的另一端尽头。

当飞行速度大于设计马赫数时，电机转动使连杆7拉动可动唇口板5向后运动，当飞行速度小于设计马赫数时，电机转动使连杆7推动可动唇口板5向前运动，使激波实时保持封口状态，可以保证进气道稳定工作。

本发明工作原理为：当飞行器工作设计状态时，进气道压缩面上产生的激波交汇于唇口，进气道实现最佳的气流捕获和对气流的减速增压作用。当飞行速度大于设计马赫数时，压缩面上产生的激波角减小，此时激波射入进气道内压缩段，为了避免内压缩段的反射激波引起气流分离而导致进气道性能恶化，进气道唇口板向后移动，使激波交汇于唇口，保持封口状态。当飞行速度小于设计马赫数时，压缩面上产生的激波角增大，进气道产生溢流，为了提高进气道的流量捕获同时减小溢流阻力，进气道唇口板前伸，使激波保持封口状态。

驱动电机工作，电机轴带动曲柄转动，曲柄的转动带动与之相连的连杆发生偏转，连杆的偏转通过可动唇口板两侧的圆柱凸台带动可动唇口板运动，固定外罩板对可动唇口板的运动自由度产生约束，可动唇口板上的定位滑块在固定外罩板上的滑轨中运动，使可动唇口板沿水平方向前后移动，从而改变进气道唇口的位置。

当飞行速度大于设计马赫数时，电机轴逆时针转动时，连杆拉动可动唇口板向后运动，当飞行速度小于设计马赫数时，电机轴顺时针转动时，连杆推动可动唇口板向前运动，使激波保持封口状态，保证进气道稳定工作。

本发明还提供一种高超声速飞行器，包括飞行器机身，飞行器机身包括前体压缩板1、侧板2、机身底板3和高超声速进气道唇口控制装置，所述前体压缩板1、侧板2及机身底板3相互连接，可动唇口板5设置在机身底板3下部。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (8)

1.一种高超声速进气道唇口控制装置，其特征在于，包括可动唇口板(5)和调节机构；

所述可动唇口板(5)具有封口面；所述可动唇口板(5)设置在机身底板(3)底部；所述封口面与机身底板(3)上的高超声速进气道接触；

所述调节机构与所述可动唇口板(5)连接，用于驱动所述调节板(11)平动进而改变高超声速进气道开口的大小。

2.根据权利要求1所述的高超声速进气道唇口控制装置，其特征在于，所述调节机构包括驱动单元和曲柄连杆机构；

所述可动唇口板(5)两侧固定有与连杆相连的圆柱凸台(9)，连杆(7)与圆柱凸台(9)铰接，连杆(7)和曲柄(8)铰接，曲柄(8)与驱动单元连接；

可动唇口板(5)端部与固定外罩板(12)通过轨道相连。

3.根据权利要求2所述的高超声速进气道唇口控制装置，其特征在于，所述驱动单元包括驱动电机(4)和涡轮蜗杆减速器(6)，驱动电机(4)与涡轮蜗杆减速器(6)连接，涡轮蜗杆减速器(6)的输出轴与曲柄(8)固定连接。

4.根据权利要求2所述的高超声速进气道唇口控制装置，其特征在于，所述可动唇口板(5)包括依次连接的唇口段(51)和滑动段(52)；

所述唇口段(51)上部为封口面，下部为斜面，封口面和斜面相交形成尖端；

所述滑动段(52)与唇口段(51)形成台阶结构。

5.根据权利要求2所述的高超声速进气道唇口控制装置，其特征在于，所述可动唇口板(5)下表面端部具有定位滑块(10)，高超声速进气道对应的固定外罩板(12)内侧具有供可动唇口板(5)滑动的滑轨(11)。

6.根据权利要求2所述的高超声速进气道唇口控制装置，其特征在于，所述驱动单元设置在机身底板(3)上，侧板(2)上留有为连杆(7)提供运动空间的凹槽，连杆(7)穿过凹槽连接可动唇口板(5)。

7.根据权利要求2所述的高超声速进气道唇口控制装置，其特征在于，所述驱动电机(4)由螺丝固定在减速器(6)上，减速器(6)通过减速器底座固定于机身底板(3)上。

8.一种高超声速飞行器，其特征在于，包括飞行器机身，飞行器机身包括前体压缩板(1)、侧板(2)、机身底板(3)和权利要求1至7任一项所述的高超声速进气道唇口控制装置，所述前体压缩板(1)、侧板(2)及机身底板(3)相互连接，可动唇口板(5)设置在机身底板(3)下部。

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