CN113464280A - 一种基于泄流缝开关可控的进气道及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于泄流缝开关可控的进气道及方法，所述进气道包括进气道中心体，所述进气道中心体上设置有整流罩，整流罩上开设有多排泄流缝，所述泄流缝的开缝面积可控。本发明通过在进气道整流罩开泄流缝，将气流直接排放到进气道外，不需特殊考虑气流流路问题，简化了结构；改善了进气道起动性能，降低进气道起动马赫数，拓宽进气道工作范围；调节进气道流量，使之满足不同飞行工况下的发动机流量需求；此进气道及设计思路可应用于二元、轴对称及内转等类型进气道。

Description

一种基于泄流缝开关可控的进气道及方法
技术领域
本发明涉及一种基于泄流缝开关可控的进气道及方法，属于进气道气动设计领域。
背景技术
目前，超音速和高超音速飞行器成为各军事强国关注焦点。进气道作为吸气式推进系统的关键部件之一，其性能的优劣对吸气式推进系统乃至整个飞行器的气动性能均具有重要的影响。要实现从地面起飞到超声速乃至高超声速的宽速域飞行，进气道的设计极为关键。其设计要求进气道即要在较宽范围内稳定工作，又要在设计状态下性能高。进气道设计通常是以高飞行马赫数为设计点，但在非设计点，定几何设计的进气道在低马赫数会出现一种恶劣的现象——不起动，造成发动机喘振。为避免这种现象，通常采取几何型面可变措施。
常见的进气道变几何方案有可转动压缩面(二元)、移动中心锥(轴对称)、可调喉道面积以及可调唇罩等，而且为提升进气道性能，常与流场控制措施相组合。虽然解决了低马赫数时进气道起动问题，但在变几何过程中，对进气道型面改动较大。而对于变几何过程中，通常辅助一些列复杂的流场控制措施，增加了结构的复杂性。因此，设计一种简单的、对定几何进气道气动型面改动较小的宽范围进气道是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于泄流缝开关可控的进气道，以解决宽速域定几何进气道存在的低马赫数不起动问题及进气道/发动机流量不匹配问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于泄流缝开关可控的进气道，包括进气道中心体，所述进气道中心体上设置有整流罩，整流罩上开设有多排泄流缝，所述泄流缝的开缝面积可控。
所述泄流缝包括内压段泄流缝和扩张段泄流缝，内压段泄流缝开设在整流罩的内压段，扩张段泄流缝开设在整流罩的扩张段。
所述内压段泄流缝和扩张段泄流缝均为多排。
所述内压段泄流缝上设置有内压段挡板，内压段挡板能够相对于内压段泄流缝前后移动，通过移动内压段挡板调节内压段泄流缝开关状态来调整开缝面积。
所述扩张段泄流缝上设置有扩张段挡板，扩张段挡板能够相对于扩张段泄流缝前后移动，通过移动扩张段挡板调节扩张段泄流缝开关状态来调整开缝面积。
所述内压段泄流缝开缝位置位于堵塞位置前。
所述扩张段泄流缝开缝位置位于结尾激波后。
一种基于所述进气道的流量调节方法，其特征在于：步骤为：
(1)飞行马赫数小于进气道最小起动低马赫数时：移动内压段挡板调节内压段泄流缝开缝面积，将不起动时的冗余流量排出，使进气道起动，达到降低起动马赫数及调节流量目的；移动扩张段挡板调节扩张段泄流缝开缝面积调节流量，使进气道出口流量满足发动机需求；
(2)飞行马赫数大于等于进气道最小起动低马赫数时：此时进气道起动，关闭内压段泄流缝；而扩张段泄流缝根据发动机流量需求，通过移动扩张段挡板调节流量；最终实现进气道宽范围工作及进气道/发动机流量匹配。
有益效果：本发明通过在进气道整流罩开泄流缝，将气流直接排放到进气道外，不需特殊考虑气流流路问题，简化了结构；改善了进气道起动性能，降低进气道起动马赫数，拓宽进气道工作范围；调节进气道流量，使之满足不同飞行工况下的发动机流量需求；此进气道及设计思路可应用于二元、轴对称及内转等类型进气道。
附图说明
图1是泄流缝可控制开关的二元进气道模型示意图。
图2是泄流缝可控制开关的二元进气道气流流向示意图。
图3是泄流缝可控制开关的轴对称进气道模型示意图。
图中：1-进气道中心体，2-内压段泄流缝，3-内压段挡板，4-整流罩，5-扩张段泄流缝，6-扩张段挡板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
本发明针对定几何进气道存在的起动及流量匹配问题，提出了一种基于泄流缝开关可控的进气道及方法。
如图1所示，本发明的一种基于泄流缝开关可控的进气道包括进气道中心体1，进气道中心体1上设置有整流罩4，整流罩4上开设有多排泄流缝，泄流缝包括内压段泄流缝2和扩张段泄流缝5，内压段泄流缝2开设在整流罩4的内压段，扩张段泄流缝5开设在整流罩4的扩张段，内压段泄流缝2和扩张段泄流缝4均为多排；内压段泄流缝2上设置有内压段挡板3，内压段挡板3能够相对于内压段泄流缝2前后移动，通过移动内压段挡板3调节内压段泄流缝2开关状态来调整开缝面积，内压段泄流孔开关通过内压段挡板前后移动控制，内压段挡板后移，泄流缝面积增大，超音速泄流流量增多，使进气道起动，同时也起到进气道流量调节的目的。扩张段泄流缝5上设置有扩张段挡板6，扩张段挡板6能够相对于扩张段泄流缝5前后移动，通过移动扩张段挡板6调节扩张段泄流缝5开关状态来调整开缝面积；扩张段泄流缝开关通过前后移动扩张段挡板控制，扩张段挡板后移，泄流缝面积增大，泄流流量增多，进气道出口流量减少，起到进气道流量调节的目的。
内压段泄流缝开缝位置位于堵塞位置前。内压段开缝位置根据以下方法确定：
进气道喉道面积At一般根据设计点马赫数确定，保证设计点所捕获的的流量能通过最小喉道面积At；但在非设计点低马赫数时，定几何设计的喉道面积At不能通过非设计点捕获面积Ac’所捕获的流量,进气道最小喉道面积At至进气道唇口Ain(内压段)出现流量堵塞，最终导致进气道出现不起动现象，导致发动机喘振。为避免进气道不起动，本发明采用在内压段堵塞位置前开多排泄流缝的形式，在非设计点进气道不起动时，通过内压段泄流缝将喉道At不能通过的流量泄出，使进气道起动。内压段开孔位置的选择：(1)理论计算：根据斜激波/锥面激波关系式获得唇口处进口马赫数Main,然后根据等熵限制进气道起动限制(公式(a))，得到起动时的喉道面积At’，泄流孔位置应在At’所对应位置之前；(2)仿真计算：内压段泄流缝应尽量位于仿真过程中内压段最先出现的堵塞区(At’)之前。
起动限制：
Figure BDA0003185967720000031
扩张段泄流缝开缝位置位于结尾激波后。这是因为结尾激波后一般为亚音速流动，气流经过结尾激波压缩后压力升高，泄流孔两端压差大，可以在开孔面积较小的情况下实现宽范围流量调节。
本发明的基于泄流缝可控制开关的进气道，其工作方式为：在低马赫数进气道不起动时，内压段移动挡板向后移动打开内压段泄流缝，使进气道起动。同时可以向前或向后移动扩张段挡板，减少或增加溢流流量，实现进气道/发动机流量匹配；对于进气道起动时，不再需要通过内压段泄流孔泄流起动，只需向前或向后移动扩张段挡板，减少或增加溢流，实现进气道/发动机流量匹配。内压段泄流缝的主要作用是使进气道起动，降低起动马赫数；进气道流量调节主要靠扩张段泄流孔调节。
本发明的工作原理：定几何混压进气道在低马赫数时出现进气道不起动现象，这是因为设计状态(高马赫数)下确定的喉道面积在低马赫数时，进气道捕获的流量(Ac)大于设计喉道面积(At)所能通过的流量。因此低马赫数时，在进气道喉道前内压段通道面积等于低马赫数起动时理论喉道面积的位置处(At’)，出现气流壅塞。本发明通过开在壅塞区前的内压段开泄流孔缝，将定几何设计下喉道(At)不能通过的超音速冗余气流泄出进气道整流罩外，使进气道起动；在发动机正常工作时(进气道出口压力高，在扩张段形成结尾激波)，扩张段泄流孔缝位于亚音速高压气流中，依靠压差和开孔面积泄流，进气道流量调节通过移动扩张段挡板实现。
如图2所示，进气道正常工作时，超音速气流经外压段斜激波压缩后，进入进气道内压段，通过移动内压段挡板调节泄流缝开缝面积，将不起动时的冗余流量排出，使进气道起动，达到降低起动马赫数及调节流量目的。之后气流进入扩张段后，经扩张段结尾激波再次压缩，气流减速到亚音速，在扩张段泄流缝处，通过移动扩张段挡板调节扩张段泄流缝开缝面积调节流量，使进气道出口流量满足发动机需求。
不同飞行状态下调节方式：(1)飞行马赫数小于定几何进气道最小起动低马赫数时：移动内压段挡板调节泄流缝开缝面积，将不起动时的冗余流量排出，使进气道起动，达到降低起动马赫数及调节流量目的；移动扩张段挡板调节扩张段泄流缝开缝面积调节流量，使进气道出口流量满足发动机需求。(2)飞行马赫数大于等于定几何进气道最小起动低马赫数时：此时进气道起动，所以关闭内压段泄流缝；而扩张段泄流缝根据发动机流量需求，通过移动扩张段挡板调节流量。最终实现进气道宽范围工作及进气道/发动机流量匹配。
图3给出了泄流缝可控制开关的轴对称进气道模型示意图，其调节方式亦如上所述。
本发明的进气道及其设计思路可应用于二元、轴对称及内转等类型进气道设计，土1至3中仅展示了此进气道设计方法及思路在二元、轴对称进气道设计上的应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于泄流缝开关可控的进气道，其特征在于：包括进气道中心体，所述进气道中心体上设置有整流罩，整流罩上开设有多排泄流缝，所述泄流缝的开缝面积可控。
2.根据权利要求1所述的基于泄流缝开关可控的进气道，其特征在于：所述泄流缝包括内压段泄流缝和扩张段泄流缝，内压段泄流缝开设在整流罩的内压段，扩张段泄流缝开设在整流罩的扩张段。
3.根据权利要求2所述的基于泄流缝开关可控的进气道，其特征在于：所述内压段泄流缝和扩张段泄流缝均为多排。
4.根据权利要求2所述的基于泄流缝开关可控的进气道，其特征在于：所述内压段泄流缝上设置有内压段挡板，内压段挡板能够相对于内压段泄流缝前后移动，通过移动内压段挡板调节内压段泄流缝开关状态来调整开缝面积。
5.根据权利要求2所述的基于泄流缝开关可控的进气道，其特征在于：所述扩张段泄流缝上设置有扩张段挡板，扩张段挡板能够相对于扩张段泄流缝前后移动，通过移动扩张段挡板调节扩张段泄流缝开关状态来调整开缝面积。
6.根据权利要求2所述的基于泄流缝开关可控的进气道，其特征在于：所述内压段泄流缝开缝位置位于堵塞位置前。
7.根据权利要求2所述的基于泄流缝开关可控的进气道，其特征在于：所述扩张段泄流缝开缝位置位于结尾激波后。
8.一种基于权利要求1-7任一所述进气道的流量调节方法，其特征在于：步骤为：
(1)飞行马赫数小于进气道最小起动低马赫数时：移动内压段挡板调节内压段泄流缝开缝面积，将不起动时的冗余流量排出，使进气道起动，达到降低起动马赫数及调节流量目的；移动扩张段挡板调节扩张段泄流缝开缝面积调节流量，使进气道出口流量满足发动机需求；
(2)飞行马赫数大于等于进气道最小起动低马赫数时：此时进气道起动，关闭内压段泄流缝；而扩张段泄流缝根据发动机流量需求，通过移动扩张段挡板调节流量；最终实现进气道宽范围工作及进气道/发动机流量匹配。
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