CN115030817A - 一种波系结构可控的宽速域可调进气道及发动机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种波系结构可控的宽速域可调进气道，涉及进气道结构的技术领域，包括动态微涡流发生器，平衡腔和进气流道；动态微涡流发生器由驱动电机，拉伸复位弹簧，频率放大器和微涡流发生器组成；周向均布的4套动态微涡流发生器通过微涡流发生器转轴安装在压缩锥上。通过改变动态微涡流发生器的频率和振幅，可以控制进气道的波系结构及位置，以适应不同马赫数对进气道性能的要求。本发明通过动态微涡流发生器的方式，满足了飞行器对宽速域进气道的要求，同时有效提升了进气道的性能。

Description

一种波系结构可控的宽速域可调进气道及发动机

技术领域

本申请涉及进气道结构的技术领域，特别是一种特别涉及一种波系结构可控的宽速域可调进气道及发动机。

背景技术

世界航空技术的快速发展推动了飞行器飞行速度的逐步提升，使飞行速度从接近声速逐渐实现了超声速飞行，然后发展到飞行马赫数Ma＝5以上的高超声速飞行。而这就对动力系统提出了更高、更苛刻的要求。进气道作为动力系统的一个重要部件，承担着为发动机提供充足、高品质气流的重任，其设计要充分考虑发动机的飞行要求。要推动飞行器在宽飞行马赫数范围内飞行，要求进气道不仅能够在低飞行马赫数下起动和运行，而且在高飞行马赫数下具有良好的气动性能。这对固定几何进气道来说是非常困难的，为了解决这一问题，设计了可调进气道这一方案。

目前，可调进气道多采用变几何的调节方式，这种方法基本是通过改变进气道壁面的倾角、几何位置以及形状等来实现对进气道波系结构和性能的控制。传统机械式变几何进气道调节方式，基本上都需要额外增添部分动力装置来控制进气道的某一或某些部件的移动或者变形，必然使得进气道的机械结构更加复杂不易于加工，而且会使得飞行器的质量增加，不利于飞行器的工作性能。此外，进气道变几何方式比较单一，大多依靠机械结构实现进气道某一部件的平动或转动，难以满足对宽速域飞行的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种波系结构可控的宽速域可调进气道及发动机，该进气道结构简单，适用马赫数范围宽，且该进气道采用动态微涡流发生器的方式极大限度了拓展了进气道的适用工况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种波系结构可控的宽速域可调进气道，包括动态微涡流发生器，进气流道和平衡腔；动态微涡流发生器包括微涡流发生器，频率放大器，拉伸复位弹簧和驱动电机；频率放大器通过安装键和驱动电机相连，拉伸复位弹簧和驱动电机安装在安装座上；外壁面和压缩锥之间形成进气流道，压缩锥壁面与安装座壁面形成平衡腔；通过安装孔将微涡流发生器与微涡流发生器转轴连接后，安装在压缩锥上。

其中，所述的来流马赫数的范围为2.0～6.0，以满足飞行器对宽速域飞行的要求。

其中，所述压缩锥上周向均布4套动态微涡流发生器，用以保证进气流道内流场周向的均匀性。

其中，所述微涡流发生器高度与微涡流发生器安装位置处边界层厚度之比为(0.1～0.7):1，以保证微涡流发生器对进气流道流场的干扰尽可能小。

其中，所述微涡流发生器长度与进气流道长度之比为(0.01～0.02):1，保证微涡流发生器对整个进气流场均有控制效果。

其中，通过所述进气口向平衡腔中引入高压气；平衡腔内压力与微涡流发生器安装位置处压力之比为(1.01～1.10):1，以减少气体泄漏。

其中，所述进气孔直径与进气流道喉道高度之比为(0.001～0.005):1，以尽可能减小引气对进气流道流量的影响。

其中，所述频率放大器由两个椭圆组合而成，使得微涡流发生器的扰动频率是驱动电机频率的4倍；频率放大器长轴长与频率放大器短轴长之比为(1.5～3.0):1，以保证微涡流发生器的扰动振幅。

其中，所述频率放大器的一边设计防卡斜面，用以增加频率放大器和微涡流发生器的接触面积，避免驱动电机被卡。

其中，所述驱动电机的转速为1～1000rad/s，以满足不同马赫数对控制效果的要求。

其中，所述拉伸复位弹簧的刚度为8.95～18.30N/mm，以保证微涡流发生器与频率放大器的同步运动。

一种发动机，包括燃烧室，与燃烧室连通的尾喷管、以及权利要求1-9任一所述的且与燃烧室连通的进气道。

一种发动机，包括燃烧室，与燃烧室连通的尾喷管、以及上述的且与燃烧室连通的进气道

综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：

(1)本发明可以控制进气道内波系的结构和位置，进而优化进气道的性能，极大限度的拓宽其适用工况。

(2)本发明采用动态微涡流发生器的方式，具有结构简单、易于加工，引入干扰小，性能稳定、可靠的特点。

(3)本发明可以选择性的控制驱动电机，控制模式多样。

附图说明

图1为本发明实施例中进气道的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中进气道的的剖视图；

图3为本发明实施例中的微涡流发生器安装结构示意图；

图4为本发明实施例中的频率放大器示意图。

附图标记说明：1、外壁面；2、压缩锥；3、微涡流发生器；4、安装键；5、频率放大器；6、拉伸复位弹簧；7、平衡腔；8、进气口；9、进气流道；10、微涡流发生器转轴；11、安装座；12、驱动电机；13、安装孔；14、防卡斜面。

附图中，L1为微涡流发生器凸出压缩锥表面的高度，L2为进气流道喉道高度，L3为进气流道长度，L4为微涡流发生器的径向长度，L5为频率放大器长轴长，L6为频率放大器短轴长，Φa为进气孔直径。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：

本申请实施例公开一种波系结构可控的宽速域可调进气道，如图1所示，包括外壁面1和压缩锥2，外壁面1和压缩锥2之间形成进气流道，压缩锥2上周向均布4个动态微涡流发生器，用以保证控制流场周向的均匀性。来流马赫数的范围为2.0～6.0，满足飞行器对宽速域飞行的要求。

如图2所示，动态微涡流发生器包括微涡流发生器3和驱动微涡流发生器3振动的驱动组件，压缩锥2开设有通孔，涡流发生器3转动连接于压缩锥2的通孔位置，微涡流发生器3为以自身转轴为轴线的旋转体，微涡流发生器3过自身转轴的截面为三角形且微涡流发生器3的转轴为三角形的一边；驱动组件包括频率放大器5拉伸复位弹簧6和驱动电机12，压缩锥内部固定连接有安装座11，拉伸复位弹簧6和驱动电机12安装在安装座11上，拉伸复位弹簧6的另一端与微涡流发生器3连接，拉伸复位弹簧6用于使微涡流发生器3复位，频率放大器5通过安装键4和驱动电机12的输出轴相连，频率放大器5的边缘有多个凸起和凹陷，频率放大器5的边缘与微涡流发生器3的端部抵接。驱动电机12的输出轴转动，带动频率放大器5转动，频率放大器5和拉伸复位弹簧6共同作用，带动微涡流发生器3进行凸出压缩锥2表面高度不同的振动。

如图2所示，压缩锥2内壁面与安装座11壁面形成平衡腔7，平衡腔7连接有与进气流道连通的进气口8，进气口8位置的压力大于微涡流发生器3安装位置处压力。通过平衡腔进气口8向平衡腔7中引入高压气，平衡腔7内压力与微涡流发生器3安装位置处压力之比为1.01～1.10，以减少气体泄漏；平衡腔进气孔直径Φa与进气流道喉道高度L2之比为0.001～0.005，以尽可能减小引气对进气流道流量的影响。

微涡流发生器高度L1与微涡流发生器3安装位置处边界层厚度之比为0.1～0.7，以保证微涡流发生器3对进气流道9流场的干扰尽可能小；微涡流发生器长度L4与进气流道长度L3之比为0.01～0.02，保证微涡流发生器3对整个进气流场均有控制效果。驱动电机12的转速为1～1000rad/s，以满足不同马赫数对控制效果的要求；拉伸复位弹簧的刚度为8.95～18.30N/mm，以保证微涡流发生器与频率放大器的同步运动。通过控制动态微涡流发生器的频率和振幅，可以改变进气流道9内的波系结构，进而调节进气道的性能，以满足不同飞行马赫数对进气道性能的需求。

如图3所示，微涡流发生器3一体连接有安装筒，安装筒套设于微涡流发生器转轴10的外部，微涡流发生器转轴10转动连接于压缩锥2的通孔位置，安装筒上开设有安装孔13，通过安装孔13将微涡流发生器3与微涡流发生器转轴10连接，使得安装筒与微涡流发生器转轴10同步转动。

如图4所示，频率放大器5由两个椭圆组合而成，使得微涡流发生器3的扰动频率是驱动电机12频率的4倍；频率放大器长轴长L5与频率放大器短轴长L6之比为1.5～3.0，以保证微涡流发生器3的扰动振幅；频率放大器5的一边设计防卡斜面14，用以增加频率放大器5和微涡流发生器3的接触面积，避免驱动电机12被卡。

本申请的实施原理为：驱动电机12的输出轴转动，带动频率放大器5转动，频率放大器5和拉伸复位弹簧6共同作用，带动微涡流发生器3进行凸出压缩锥2表面高度不同的振动，从而使得进气流道的气流形成涡流，通过改变驱动电机12的转速，控制动态微涡流发生器的扰动频率和扰动振幅，改变进气流道9内波系的结构和位置，进而调节进气道的性能，以满足不同飞行马赫数对进气道性能的需求。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波系结构可控的宽速域可调进气道，其特征在于：包括外壁面(1)和压缩锥(2)，外壁面(1)套设于压缩锥(2)外，外壁面(1)和压缩锥(2)之间形成进气流道(9)，压缩锥(2)上周向均布多个动态微涡流发生器，动态微涡流发生器凸出压缩锥(2)的表面，且能进行凸出压缩锥(2)表面高度不同的振动。

2.根据权利要求1所述的一种波系结构可控的宽速域可调进气道，其特征在于：所述动态微涡流发生器包括微涡流发生器(3)和驱动微涡流发生器(3)振动的驱动组件，压缩锥(2)开设有通孔，微涡流发生器(3)转动连接于压缩锥(2)的通孔位置，驱动组件连接于压缩锥(2)内部。

3.根据权利要求2所述的一种波系结构可控的宽速域可调进气道，其特征在于：所述微涡流发生器(3)为以自身转轴为轴线的旋转体，微涡流发生器(3)过自身转轴的截面为三角形且微涡流发生器(3)的转轴为三角形的一边。

4.根据权利要求2所述的一种波系结构可控的宽速域可调进气道，其特征在于：所述驱动组件包括频率放大器(5)、拉伸复位弹簧(6)和驱动电机(12)，驱动电机(12)固定连接于压缩锥(2)的内壁，频率放大器(5)连接于驱动电机(12)的输出轴，频率放大器(5)的边缘有多个凸起和凹陷，频率放大器(5)的边缘与微涡流发生器(3)的端部抵接，拉伸复位弹簧(6)用于使微涡流发生器(3)复位。

5.根据权利要求4所述的一种波系结构可控的宽速域可调进气道，其特征在于：所述频率放大器(5)与微涡流发生器(3)抵接的边缘设置有防卡斜面(14)。

6.根据权利要求4所述的一种波系结构可控的宽速域可调进气道，其特征在于：所述频率放大器(5)由两个长轴相垂直的椭圆组合形成；椭圆的长轴长L5与短轴长L6之比为(1.5～3.0):1。

7.根据权利要求1所述的一种波系结构可控的宽速域可调进气道，其特征在于：所述压缩锥(2)内部固定连接有安装座(11)，安装座(11)与压缩锥(2)内壁之间形成平衡腔(7)，平衡腔(7)连接有与进气流道(9)连通的进气口(8)，进气口(8)位置的压力大于微涡流发生器(3)安装位置处压力；

平衡腔(7)内压力与微涡流发生器(3)安装位置处压力之比为(1.01～1.10):1；

平衡腔(7)进气孔直径Φa与进气流道(9)喉道高度L2之比为(0.001～0.005):1。

8.根据权利要求2所述的一种波系结构可控的宽速域可调进气道，其特征在于：所述微涡流发生器(3)凸出压缩锥(2)表面的高度L1与微涡流发生器(3)安装位置处的边界层厚度之比为(0.1～0.7):1。

9.根据权利要求4所述的一种波系结构可控的宽速域可调进气道，其特征在于：所述微涡流发生器(3)的径向长度L4与进气流道(9)长度L3之比为(0.01～0.02):1；驱动电机(12)的转速为1～1000rad/s；拉伸复位弹簧(6)的刚度为8.95～18.30N/mm。

10.一种发动机，包括燃烧室，与燃烧室连通的尾喷管、以及权利要求1-9任一所述的且与燃烧室连通的进气道。

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