CN114427496B - 一种带泄流通道的变几何超声速进气道装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带泄流通道的变几何超声速进气道装置，其包括：进气道收缩段转轴、进气道收缩段楔板、第一驱动装置、第二驱动装置、进气道扩张段楔板、进气道扩张段转轴、两个进气道侧板、进气道唇罩及顶板、泄流通道，第一驱动装置驱动进气道收缩段楔板绕进气道收缩段转轴转动来改变进气道收缩段的通流面积，第二驱动装置驱动进气道扩张段楔板绕进气道扩张段转轴转动来改变进气道扩张段的通流面积，进气道收缩段楔板与进气道扩张段楔板沿着所述进气道通道间隔开以形成泄流通道。该装置可以改善进气道内流场，减小附面层气流影响，提高总压恢复系数，使进气道在宽马赫数范围内能正常工作。

Description

一种带泄流通道的变几何超声速进气道装置
技术领域
本发明属于飞行器技术领域，特别涉及一种带泄流通道的变几何超声速进气道装置。
背景技术
进气道是飞行器喷气推进装置的一个重要部件。对于固体火箭冲压发动机来说，进气道是指从冲压发动机进口到燃烧室之间的管道。进气道的主要功用就是向发动机提供所需的空气，并使迎面流入的高速气流减速，把气流的动能转变为压力能，使空气预压缩，使进气道出口流速适应燃烧室的要求。但常规进气道由于附面层的空气被吸入进气道内，严重影响进气道的总压恢复，进而引起流畅动态、稳态畸变，降低进气道稳定工作边界，引起发动机系统工作不稳定。随着研究人员对进气道的研究深入，发现常规进气道由于定几何结构设计只能在设计状态下才能实现进气道与发动机相匹配，当脱离设计状态时，定几何结构无法解决高马赫数下进气道的总体性能和低马赫数下进气道的气动性能之间的矛盾。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种带泄流通道的变几何超声速进气道装置，该装置可以改善进气道内流场，减小附面层气流影响，提高总压恢复系数，使进气道在宽马赫数范围内能正常工作。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种带泄流通道的变几何超声速进气道装置，其包括：进气道收缩段转轴、进气道收缩段楔板、第一驱动装置、第二驱动装置、进气道扩张段楔板、进气道扩张段转轴、两个进气道侧板、进气道唇罩及顶板、泄流通道，其中，进气道收缩段转轴位于进气道入口端部，进气道扩张段转轴位于进气道出口端部，第一驱动装置与进气道收缩段楔板之间转动连接，第二驱动装置与进气道扩张段楔板之间转动连接，进气道侧板、进气道唇罩及顶板、进气道收缩段楔板和进气道扩张段楔板共同形成进气道通道；第一驱动装置驱动进气道收缩段楔板绕进气道收缩段转轴转动来改变进气道收缩段的通流面积，第二驱动装置驱动进气道扩张段楔板绕进气道扩张段转轴转动来改变进气道扩张段的通流面积，进气道收缩段楔板与进气道扩张段楔板沿着所述进气道通道间隔开以形成泄流通道。
优选地，第一驱动装置位于进气道收缩段楔板下方，第二驱动装置位于进气道扩张段楔板下方。
优选地，进气道收缩段楔板由若干段转折楔面板组成。
优选地，泄流通道位于进气道喉部之前。
优选地，泄流通道由前泄流板和后泄流板组成，前泄流板与进气道收缩段楔板一体形成，后泄流板与进气道扩张段楔板一体形成。
优选地，第一驱动装置与进气道收缩段楔板通过转轴实现转动连接，第二驱动装置与进气道扩张段楔板通过转轴实现转动连接。
优选地，第一驱动装置包括第一驱动连杆、第一驱动电机、第一驱动齿轮、第一导槽、第一键、第一导轨、第一转轴，第一驱动齿轮通过第一键与第一驱动电机固定连接，第一导轨与第一驱动齿轮之间为齿轮齿条传动连接，第一导轨的一端通过第一转轴与第一驱动连杆的一端转动连接，第一驱动连杆的另一端与进气道收缩段楔板转动连接；第一导轨在第一驱动齿轮的驱动下沿着第一导槽推动第一驱动连杆绕第一转轴运动，进而带动进气道收缩段楔板绕进气道收缩段转轴转动。
优选地，第二驱动装置包括第二驱动连杆、第二驱动电机、第二驱动齿轮、第二导槽、第二键、第二导轨、第二转轴，第二驱动齿轮通过第二键与第二驱动电机固定连接，第二导轨与第二驱动齿轮之间为齿轮齿条传动连接，第二导轨的一端通过第二转轴与第二驱动连杆的一端转动连接，第二驱动连杆的另一端与进气道扩张段楔板转动连接；第二导轨在第二驱动齿轮的驱动下沿着第二导槽推动第二驱动连杆绕第二转轴运动，进而带动进气道扩张段楔板绕进气道扩张段转轴转动。
优选地，所述进气道通道入口端下方设置有挡风板，挡风板用于阻挡来流进入放置第一驱动装置和第二驱动装置的空间。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、本发明引入变几何结构，很好地解决不同马赫数下进气道均能良好工作的问题，适应超声速飞行器在宽马赫数范围内飞行；
2、本发明引入泄流通道，可以有效的吸除附面层气流，改善流场，提高总压恢复系数；
3、本发明采用变几何方式，可实现进气道在宽马赫数(2.7Ma～4Ma)下进行工作，当来流马赫数较低时，通过电机转动，增大喉道面积，使进气道起动马赫数降低，增大了冲压发动机的工作范围；当来流马赫数较高时，通过电机转动，减小喉道面积，通过泄流通道改善了进气道的内流场，提高了进气道工作性能，使得进气道在非设计马赫数下也能较好的工作。
附图说明
图1是本发明带泄流通道的变几何超声速进气道的结构示意图。
图2是本发明带泄流通道的变几何超声速进气道的外观示意图。
图3是本发明带泄流通道的变几何超声速进气道的内部立体图。
图4是第一驱动装置的结构示意图。
图5是第二驱动装置的结构示意图。
图中：1-进气道收缩段转轴，2-进气道侧板，3-进气道唇罩及顶板，4-进气道扩张段转轴，5-进气道扩张段楔板，6-第二驱动装置，7-第一驱动装置，8-泄流通道，9-进气道收缩段楔板，10-挡风板，11-第一驱动连杆，12-第一驱动电机，13-第一驱动齿轮，14-第一导槽，15-第一键，16-第一导轨，17-第一转轴，21-第二驱动连杆，22-第二驱动电机，23-第二驱动齿轮，24-第二导槽，25-第二键，26-第二导轨，27-第二转轴。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
结合图1，本发明中一种带泄流通道的变几何超声速进气道装置包括：进气道收缩段转轴1、进气道收缩段楔板9、第一驱动装置7、第二驱动装置6、进气道扩张段楔板5、进气道扩张段转轴4、两个进气道侧板2、进气道唇罩及顶板3、泄流通道8，其中，进气道收缩段转轴1位于进气道入口端部，进气道扩张段转轴4位于进气道出口端部，第一驱动装置7与进气道收缩段楔板9之间转动连接，第二驱动装置6与进气道扩张段楔板5之间转动连接，进气道侧板2、进气道唇罩及顶板3、进气道收缩段楔板9和进气道扩张段楔板5共同形成进气道通道；第一驱动装置7驱动进气道收缩段楔板9绕进气道收缩段转轴1转动来改变进气道收缩段的通流面积，第二驱动装置6驱动进气道扩张段楔板5绕进气道扩张段转轴4转动来改变进气道扩张段的通流面积，进气道收缩段楔板9与进气道扩张段楔板5沿着所述进气道通道间隔开以形成泄流通道8。第一驱动装置7位于进气道收缩段楔板9下方，第二驱动装置6位于进气道扩张段楔板5下方。进气道收缩段楔板9由若干段转折楔面板组成。泄流通道8位于进气道喉部之前，以保证更好地吸除附面层气流，改善流场，提高总压恢复系数。泄流通道8由前泄流板和后泄流板组成，前泄流板与进气道收缩段楔板9一体形成，后泄流板与进气道扩张段楔板5一体形成。第一驱动装置7与进气道收缩段楔板9通过转轴实现转动连接，第二驱动装置6与进气道扩张段楔板5通过转轴实现转动连接。第一驱动装置7包括第一驱动连杆11、第一驱动电机12、第一驱动齿轮13、第一导槽14、第一键15、第一导轨16、第一转轴17，第一驱动齿轮13通过第一键15与第一驱动电机12固定连接，第一导轨16与第一驱动齿轮13之间为齿轮齿条传动连接，第一导轨16的一端通过第一转轴17与第一驱动连杆11的一端转动连接，第一驱动连杆11的另一端与进气道收缩段楔板9转动连接；第一导轨16在第一驱动齿轮13的驱动下沿着第一导槽14推动第一驱动连杆11绕第一转轴17运动，进而带动进气道收缩段楔板9绕进气道收缩段转轴1转动。第二驱动装置6包括第二驱动连杆21、第二驱动电机22、第二驱动齿轮23、第二导槽24、第二键25、第二导轨26、第二转轴27，第二驱动齿轮23通过第二键25与第二驱动电机22固定连接，第二导轨26与第二驱动齿轮23之间为齿轮齿条传动连接，第二导轨26的一端通过第二转轴27与第二驱动连杆21的一端转动连接，第二驱动连杆21的另一端与进气道扩张段楔板5转动连接；第二导轨26在第二驱动齿轮23的驱动下沿着第二导槽24推动第二驱动连杆21绕第二转轴27运动，进而带动进气道扩张段楔板5绕进气道扩张段转轴4转动。所述进气道通道入口端下方设置有挡风板10，挡风板10用于阻挡来流进入放置第一驱动装置7和第二驱动装置6的空间。
本发明中一种带泄流通道的变几何超声速进气道装置的工作过程如下：
喉道面积减小操作：当来流马赫数大于设计马赫数时，进气道喉道面积需要减小，第一驱动电机12驱动第一导轨16向进气道入口侧移动，第一导轨16使第一驱动连杆11向上运动，从而进气道收缩段楔板9绕进气道收缩段转轴1向上转动，喉道面积减小；第二驱动电机22驱动第二导轨26向进气道入口侧移动，第二导轨26使第二驱动连杆21向上运动，从而进气道扩张段楔板5绕进气道扩张段转轴4向上转动，进气道扩张段楔板5的转动高度与进气道收缩段楔板9的转动高度相同。
喉道面积增加操作：当来流马赫数小于设计马赫数时，进气道喉道面积需要增加，第一驱动电机12驱动第一导轨16向进气道出口侧移动，第一导轨16使第一驱动连杆11向下运动，从而进气道收缩段楔板9绕进气道收缩段转轴1向下转动，喉道面积增大；第二驱动电机22驱动第二导轨26向进气道出口侧移动，第二导轨26使第二驱动连杆21向下运动，从而进气道扩张段楔板5绕进气道扩张段转轴4向下转动，进气道扩张段楔板5的转动高度与进气道收缩段楔板9的转动高度相同。
具体地，当设计马赫数为3Ma,设计进气道流量为1.6kg/s时，定几何进气道和变几何进气道同时在来流马赫数为3.6Ma的非设计状态下进行实验，得到定几何进气道出口流量为1.89kg/s，变几何进气道出口流量为1.79kg/s,可知变几何进气道出口流量更接近设计进气道流量。
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 (7)

1.一种带泄流通道的变几何超声速进气道装置，其特征在于包括：进气道收缩段转轴（1）、进气道收缩段楔板（9）、第一驱动装置（7）、第二驱动装置（6）、进气道扩张段楔板（5）、进气道扩张段转轴（4）、两个进气道侧板（2）、进气道唇罩及顶板（3）、泄流通道（8），其中，所述进气道收缩段转轴（1）位于进气道入口端部，所述进气道扩张段转轴（4）位于进气道出口端部，所述第一驱动装置（7）与所述进气道收缩段楔板（9）之间转动连接，所述第二驱动装置（6）与所述进气道扩张段楔板（5）之间转动连接，所述进气道侧板（2）、进气道唇罩及顶板（3）、进气道收缩段楔板（9）和进气道扩张段楔板（5）共同形成进气道通道；所述第一驱动装置（7）驱动所述进气道收缩段楔板（9）绕所述进气道收缩段转轴（1）转动来改变进气道收缩段的通流面积，所述第二驱动装置（6）驱动所述进气道扩张段楔板（5）绕所述进气道扩张段转轴（4）转动来改变进气道扩张段的通流面积，所述进气道收缩段楔板（9）与所述进气道扩张段楔板（5）沿着所述进气道通道间隔开以形成所述泄流通道（8）；
所述泄流通道（8）由前泄流板和后泄流板组成，所述前泄流板与所述进气道收缩段楔板（9）一体形成，所述后泄流板与所述进气道扩张段楔板（5）一体形成。
2.根据权利要求1所述的进气道装置，其特征在于：所述第一驱动装置（7）位于所述进气道收缩段楔板（9）下方，所述第二驱动装置（6）位于所述进气道扩张段楔板（5）下方。
3.根据权利要求1所述的进气道装置，其特征在于：所述泄流通道（8）位于进气道喉部之前。
4.根据权利要求1所述的进气道装置，其特征在于：所述第一驱动装置（7）与所述进气道收缩段楔板（9）通过转轴实现转动连接，所述第二驱动装置（6）与所述进气道扩张段楔板（5）通过转轴实现转动连接。
5.根据权利要求1所述的进气道装置，其特征在于：所述第一驱动装置（7）包括第一驱动连杆（11）、第一驱动电机（12）、第一驱动齿轮（13）、第一导槽（14）、第一键（15）、第一导轨（16）、第一转轴（17），第一驱动齿轮（13）通过第一键（15）与第一驱动电机（12）固定连接，第一导轨（16）与第一驱动齿轮（13）之间为齿轮齿条传动连接，第一导轨（16）的一端通过第一转轴（17）与第一驱动连杆（11）的一端转动连接，第一驱动连杆（11）的另一端与进气道收缩段楔板（9）转动连接；第一导轨（16）在第一驱动齿轮（13）的驱动下沿着第一导槽（14）推动第一驱动连杆（11）绕第一转轴（17）运动，进而带动所述进气道收缩段楔板（9）绕所述进气道收缩段转轴（1）转动。
6.根据权利要求1所述的进气道装置，其特征在于：所述第二驱动装置（6）包括第二驱动连杆（21）、第二驱动电机（22）、第二驱动齿轮（23）、第二导槽（24）、第二键（25）、第二导轨（26）、第二转轴（27），第二驱动齿轮（23）通过第二键（25）与第二驱动电机（22）固定连接，第二导轨（26）与第二驱动齿轮（23）之间为齿轮齿条传动连接，第二导轨（26）的一端通过第二转轴（27）与第二驱动连杆（21）的一端转动连接，第二驱动连杆（21）的另一端与进气道扩张段楔板（5）转动连接；第二导轨（26）在第二驱动齿轮（23）的驱动下沿着第二导槽（24）推动第二驱动连杆（21）绕第二转轴（27）运动，进而带动所述进气道扩张段楔板（5）绕所述进气道扩张段转轴（4）转动。
7.根据权利要求1所述的进气道装置，其特征在于：所述进气道通道入口端下方设置有挡风板（10）。
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