CN115320863A - 基于吹气槽被动控制的隐身进气道及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带吹气槽被动控制的隐身进气道。在地面状态下，通过在进气道唇口内侧壁面上开设吹气槽，可以阻止隐身进气道唇口处绕流产生的旋涡向对称面侧堆积，从而减小了进气道进口对称面侧三维旋涡的尺度。使得隐身进气道在地面状态下出口截面的周向稳态畸变指数大幅降低，满足了进/发匹配要求。本发明结构简单，易于实现，经数值仿真验证后能够取得预期效果。

Description

基于吹气槽被动控制的隐身进气道及飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器设计领域，尤其是一种应用于飞行器上的隐身进气道及具有该隐身进气道的飞行器。

背景技术

随着现代战争对无人作战飞行器的要求越来越高，无人作战飞行器不仅需要追求高机动性、高速性、高推重比、突防能力和航程远等先进战术指标，还需要提高飞行器的隐身能力。然而目前，隐身能力主要体现在减小雷达的散射面积，研究表明，采用斜切口面进口的S形进气道可以大幅减小雷达散射面积。

斜切口面进气道的进口形状通常为三角形，通过将进气道唇口的最前缘与飞行器的机翼平行(从俯视图来看)，从而大幅减小了雷达散射截面面积。故受到了国内外研究学者的广泛关注，并且该进气道已在多个型号的无人作战飞行器上使用。

飞行器的起飞状态是飞行器整个飞行包线内非常重要的阶段之一。飞行器在起飞状态下的地面状态，发动机一般在最大转速下工作，流量系数远大于1。对于进口为三角形的隐身飞行器而言，从唇口外侧绕流过来的气流很容易在唇口内侧卷起三维分离涡，并向进气道进口的对称面侧堆积，这种进口不均匀的旋涡结构经过S形进气道发展到出口时形成一个非常大的低总压区，造成严重的流场畸变，难以满足进/发匹配要求。所以亟需给出一种控制方案，改善进气道在地面状态下的性能。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为了在保证进气道高的隐身性能、不增加额外的气动阻力和复杂结构的同时大幅降低进气道在地面状态下出口截面的稳态周向畸变指数，满足进/发匹配要求，本发明提供了一种被动式控制方案。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于吹气槽被动控制的隐身进气道，包括沿着流向方向延伸的机身一体化唇罩、进气道的进气口、位于进气道进口位置的唇口、进气道的出气口、以及连接进气口及进气道出气口的内通道；在唇口内侧壁面上开设有吹气槽，所述唇罩靠近唇罩前边缘的位置设有连通该吹气槽的进气槽，且该进气槽倾斜的面向进气道的前方。

进一步的，唇口所在位置的内通道入口截面形状呈现类三角形。

进一步的，所述吹气槽在唇口内侧壁面上是对称开设的。

进一步的，吹气槽沿所述内通道流向的法向开设。

进一步的，吹气槽内通道的方向是从进口到出口向远离对称面的方向开设。

进一步的，吹气槽进口的有效流通面积和出口有效流通面积相等。

进一步的，所述的吹气槽在唇口内侧壁面上至少开设两对。

本发明还提供具有上述隐身进气道的飞行器，该飞行器包括机身及机翼，所述进气道位于机身的中央位置且进气道进口面向机身前方；当飞行器在地面状态下工作时，外界的气流从进气槽吹入吹气槽。

有益效果：本发明在保证进气道高隐身性能和不增加复杂结构的同时，在地面状态下，巧妙的利用了机身外罩的压力大于唇口内侧的压力这一特点，在进气道唇口内侧壁面上开设一系列吹气槽，即便是飞行器在不处于飞行时的地面状态或静止状态下，不需要任何主动气源，也可以通过外界的气流从进气槽吹入吹气槽；通过吹气槽向远离对称面的方向射流，从而阻止了三角形进口隐身进气道气流绕流形成的三维旋涡向对称面侧堆积，大幅的减小了隐身进气道出口截面的稳态周向畸变指数，使得出口流场品质满足进/发匹配要求。获得了较好的工程实际应用性能。

附图说明

图1是本发明隐身进气道半模构型三维结构示意图；

图2是本发明隐身进气道半模构型俯视图；

图3是本发明隐身进气道口面三维结构示意图；

图4是现有技术中原型隐身进气道涡核生成的涡线图；

图5是本发明带吹气槽的隐身进气道涡核生成的涡线图；

图6是现有技术中原型隐身进气道沿程截面总压分布图谱；

图7是本发明带吹气槽的隐身进气道沿程截面总压分布图谱；

图8是现有技术中原型隐身进气道出口截面总压分布图谱；

图9是本发明带吹气槽的隐身进气道出口截面总压分布图谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明公开了一种基于吹气槽被动控制的三角形进口隐身进气道。

参阅图1至图3所示，该隐身进气道位于飞行器背部，自进气道三角形进口沿流向形成了S形隐身进气道结构。该隐身进气道包括位于进气道进口后端并沿着流向方向延伸的一体化唇罩4、位于进气道进口位置的唇口2、进气道的出气口7和连接进气口及进气道出口的内通道6。

再参阅图4、图5所示，通过对该种隐身进气道的整体气动结构的研究，在地面抽吸状态下，来自四面八方的气流绕流并在进气道的唇口内侧卷起三维涡结构并向进口的对称面侧堆积。但是通过对进气道流场分析发现，在地面状态下机身外罩4的压力远大于唇口2内侧壁面的压力。本发明就是巧妙的利用此压力差，在进气道唇口2内侧壁面上开设有吹气槽5；所述唇罩4靠近唇罩前边缘的位置设有连通该吹气槽的进气槽3，且该进气槽3倾斜的面向进气道的前方。通过机身外罩4的压力大于唇口2内侧的压力差，在不需要任何主动气源的情况下，即可以通过外界的气流从进气槽3吹入吹气槽5。

所述吹气槽5的截面形状在xy平面上的投影是平行四边形，为了更好的阻止三维旋涡向对称面侧堆积，四边形沿着流向的边长与流向法向上的边长比值1.8≤b≤2.2。吹气槽5在该基于被动控制的隐身进气道唇口2内侧壁面上是沿着垂直于来流方向上对称开设的，且吹气槽出口5的位置距唇口最前缘的流向距离0.04D≤L≤0.072D其中，D是内通道直径。并且吹气槽通道8的方向是从进口3到出口5向远离对称面的方向开设，该方向与唇口外缘线当地的法向在yz平面的投影的夹角45°≤α≤55°。吹气槽5可以开设若干对。

所以吹气槽5不需要高压气源引气利用地面状态下进气道的自身气动压差向远离对称面的方向射流，从而阻止三维旋涡向对称面侧堆积，以此来改善三角形进口隐身进气道的性能。

请再参阅图1所示，该基于吹气槽被动控制的隐身进气道与飞行器是一体化设计。所述飞行器具有机翼1和机身4，该进气道位于机身中央位置且进气道进口面向机身前方。

本发明提供的基于吹气槽被动控制的隐身进气道，以在进气道唇口2内侧壁面上开设吹气槽5，并通过吹气槽5射流来抑制三维涡结构向进气道进口对称面侧堆积，从而实现隐身进气道性能的改善，大幅降低了进气道出口流场的稳态周向畸变指数。而且不需要高压气源引气，结构简单，易于实现，具有较好的工程应用前景。

应用实例

方案介绍：

设计一个基准原型三角形进口的隐身进气道和一个带吹气槽控制的隐身进气道，地面工作状态马赫数0.001，出口马赫数0.5，攻角0°，侧滑角0°，内通道面积扩张比1.3，偏距为0.71D，D为进气道出口的直径。并通过三维数值仿真对基准三角形进口的隐身进气道和带吹气槽控制的隐身进气道进行对比分析。

如图4、图6和图8所示，在现有技术的原型三角形进口的隐身进气道方案中，四面八方的气流进入进气道，在进气道唇口的内侧卷起三维旋涡并向进气道进口的对称面侧堆积，最终在进口的对称面侧形成巨大的涡结构。同时可以看出，该旋涡沿流向逐渐发展，进入内通道后在横向压力梯度和整体旋流的作用下，最终在出口截面下方有大范围由旋涡主导的低总压区。进口三维涡结构的存在是大总压畸变的主要因素。

如图5、图7和图9所示，经过本发明对原型进气道的改进，即带吹气槽的隐身进气道，虽然同样会由于气流的绕流在进气道唇口的内侧形成三维旋涡，但是由于该带吹气槽的进气道在地面状态的流动特征，进气道外罩的压力远大于进气道唇口内侧壁面的压力。在口面吹气槽存在时，气流通过吹气槽会向远离对称面的方向射流，从而阻止了三维旋涡向进气道进口对称面侧的堆积，减小了原型方案中进气道进口的三维旋涡尺度。相对较小的三维涡结构在内通道内继续发展，最终进气道出口截面的低总压区上移，高总压区向侧下方偏移。出口流场更加均匀。从而在保证进气道总压恢复系数基本不变的前提下大幅减小了进气道出口截面的稳态周向畸变指数，满足了进/发匹配要求。

如表1所示，本发明带吹气槽的隐身进气道气动性能较基准原型隐身进气道有较大提升，畸变指数DC60降低58.8％。

表1原型隐身进气道与本发明带吹气槽的隐身进气道气动性能对比

另外，本发明具体应用途径很多，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，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于吹气槽被动控制的隐身进气道，其特征在于：包括沿着流向方向延伸的机身一体化唇罩、进气道的进气口、位于进气道进口位置的唇口、进气道的出气口、以及连接进气口及进气道出气口的内通道；在唇口内侧壁面上开设有吹气槽，所述唇罩靠近唇罩前边缘的位置设有连通该吹气槽的进气槽，且该进气槽倾斜的面向进气道的前方。

2.根据权利要求1所述的隐身进气道，其特征在于：唇口所在位置的内通道入口截面形状呈现类三角形。

3.根据权利要求1或2所述的隐身进气道，其特征在于：所述吹气槽在唇口内侧壁面上是对称开设的。

4.根据权利要求1或2或3所述的隐身进气道，其特征在于：吹气槽沿所述内通道流向的法向开设。

5.根据权利要求4所述的隐身进气道，其特征在于：吹气槽内通道的方向是从进口到出口向远离对称面的方向开设。

6.根据权利要求5所述的隐身进气道，其特征在于：吹气槽进口的有效流通面积和出口有效流通面积相等。

7.根据权利要求6所述的隐身进气道，其特征在于：所述的吹气槽在唇口内侧壁面上至少开设两对。

8.一种具有如权利要求1至7中任一项所述隐身进气道的飞行器，该飞行器包括机身及机翼，所述进气道位于机身的中央位置且进气道进口面向机身前方；其特征在于：当飞行器在地面状态下工作时，外界的气流从进气槽吹入吹气槽。

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