CN117189368A - 一种冲压发动机进气道自适应溢流装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冲压发动机技术领域，并提出了一种冲压发动机进气道自适应溢流装置及方法，包括进气道内壁、唇罩与泄流组件，进气道内壁上开设有泄流腔与排气口，所述泄流腔位于进气道不起动流场脱体激波处，所述排气口位于泄流腔内，用于形成泄流通道；唇罩固定在进气道内壁上；泄流组件设置在泄流腔内，其包括活动挡板与封堵滑块，活动挡板铰接在进气道内壁上，用于封堵泄流腔的开口侧。该冲压发动机进气道自适应溢流装置及方法，能够在进气道处于不起动状态时启动溢流调节，且不需要借助其他能源及其控制机构，大大减少了能源消耗以及制造成本，缩减了溢流装置空间面积。
Description
技术领域
本发明涉及冲压发动机技术领域，尤其涉及一种冲压发动机进气道自适应溢流装置及方法。
背景技术
冲压喷气发动机是一种利用迎面气流进入发动机后减速，使空气提高静压的一种空气喷气发动机。冲压发动机没有压气机(也就不需要燃气涡轮)，所以又称为不带压气机的空气喷气发动机，其通常包括进气道(又称扩压器)、隔离段、燃烧室与喷管四个部分，其中进气道是超声速吸气式飞行器推进系统的重要气动部件之一，其主要作用是对飞行器捕获的空气进行减速增压，为发动机燃烧室提供满足一定压力、速度、均匀性等要求的空气流。
进气道起动特性是影响飞行器稳定工作的关键因素之一。当进气道处于不起动状态时，一方面会使发动机推力降低甚至无法工作，另一方面会增加飞行器的阻力，影响飞行姿态的稳定性。
提升进气道起动能力的主要方法是采用各种流动控制方法改善进气道内流道流通能力和来流的匹配性。流动控制是提升冲压发动机进气道起动性能的常用方法。目前该流动控制包括主动控制方法和被动控制方法，主动控制方法包括等离子体控制及磁流体控制、射流喷注控制、溢流口调节控制等，这些控制方法都离不开复杂的控制程序，实际应用时难度较大、可靠性较低，例如公开号为CN104314690A的一种等离子体相变控制进气道及控制方法；被动控制方法包括附面层抽吸、涡流发生器等，这些方法比较容易工程实现，但由于其结构本身固定不可调节，无法根据发动机进气道工作状态的变化有效地调节空气溢流量的大小，较难适应冲压发动机宽广的工作范围，例如授权公告号为CN106225606B的一种超声速进气道附面层控制装置。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种冲压发动机进气道自适应溢流装置及方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种冲压发动机进气道自适应溢流装置，包括进气道内壁、唇罩与泄流组件，其中，
进气道内壁上开设有泄流腔与排气口，所述泄流腔位于进气道不起动流场脱体激波处，所述排气口位于泄流腔内，用于形成泄流通道；
唇罩设置在进气道内，并与进气道内壁固定；
泄流组件设置在泄流腔内，其包括活动挡板与封堵滑块，其中，
活动挡板铰接在进气道内壁上，用于封堵泄流腔的开口侧；
封堵滑块活动设置在泄流腔内，并与活动挡板传动连接，所述封堵滑块选择性地封堵排气口；
当冲压发动机进气道处于不起动状态时，所述活动挡板朝向泄流腔内侧旋转打开，并带动封堵滑块离开排气口，使得所述泄流腔与排气口连通形成泄流通道。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述泄流腔内开设有滑槽，所述封堵滑块滑动设置在滑槽内，且所述排气口与泄流腔通过滑槽连通。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述泄流组件还包括连杆组件，所述连杆组件设置在泄流腔内，并与活动挡板和封堵滑块传动连接，使得活动挡板与封堵滑块可进行同步运动。
进一步优选的，所述连杆组件包括第一连杆、第二连杆与第三连杆，其中，
第一连杆的一端铰接在泄流腔内；
第二连杆的两端分别铰接在活动挡板与第一连杆的另一端上；
第三连杆的一端铰接至第一连杆与第二连杆的连接处，另一端与封堵滑块铰接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述进气道内壁上还开设有溢流腔，所述溢流腔位于泄流腔远离唇罩的一侧，并与泄流腔连通。
进一步优选的，所述进气道内壁上还开设有若干个溢流口，所述溢流口与溢流腔连通，用于平衡溢流腔的内外气压。
更进一步优选的，还包括内置隔板，所述内置隔板固定在泄流腔内，所述第一连杆铰接在内置隔板上。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括弹性件，所述弹性件设置在泄流腔内，并与封堵滑块连接，用于对封堵滑块施加推力，使其具有封堵排气口的趋势。
进一步优选的，所述弹性件为弹簧。
另一方面，本发明提供了一种冲压发动机进气道自适应溢流方法，其基于上述的自适应溢流装置实现，所述冲压发动机进气道具有不起动状态与起动状态；
当冲压发动机进气道处于不起动状态时，所述唇罩的外侧形成脱体激波，所述脱体激波前侧气流静压为p1，后侧气流静压为p3，溢流腔与脱体激波前侧通过泄流腔连通，所述溢流腔内的静压为p2，且p3>p2，所述活动挡板在两侧压力差作用下向溢流腔内旋转，并带动封堵滑块滑动打开排气口，使得溢流腔与排气口连通形成溢流通道，同时根据压力差p4＝p3-p1改变溢流通道大小；
当冲压发动机进气道处于起动状态时，p2＝p3，所述活动挡板将泄流腔的开口侧封闭，且封堵滑块将排气口封闭，以减少进气道的溢流量。
本发明的一种冲压发动机进气道自适应溢流装置及方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置泄流组件，使得进气道溢流调节过程完全依赖于自身的机械结构，能够在进气道处于不起动状态时启动溢流调节，并在进气道恢复起动状态后实现溢流结构的恢复，且不需要借助其他能源及其控制机构，大大减少了能源消耗以及制造成本，缩减了溢流装置空间面积，设置泄流组件能够充分地利用进气道气动原理，即进气道处于不起动状态时，脱体激波前后具有一定压差，当进气道处于起动状态时，泄流腔体内外压力相等，此进气道具有强大的自适应能力，提高其起动特性的同时又体现了流量调节的灵活度，另外附面层泄流组件在进气道不起动状态到起动状态过程中减少了进气道溢流量，相较于固定式边界层抽吸溢流装置，显著地提升了进气道流量特性；
(2)通过设置的连杆组件，实现活动挡板与封堵滑块的同步动作，使得活动挡板朝向泄流腔内旋转时，可使封堵滑块朝向左侧移动，封堵滑块在滑槽的最右端时，将排气口封闭，活动挡板旋转以及封堵滑块向左侧运动的过程中，泄流通道的泄流速度将逐渐增大，进而自适应调整泄流通道的泄流速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的冲压发动机进气道自适应溢流装置的进气道不起动状态结构示意图；
图2为图1中的A处结构放大示意图；
图3为本发明的冲压发动机进气道自适应溢流装置进气道起动状态泄流组件示意图；
图4-7为本发明的冲压发动机进气道自适应溢流装置的起动状态到不起动状态的变化示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1-7所示，本发明的冲压发动机进气道自适应溢流装置，借助附面层抽吸流动控制原理，在进气道唇口外脱体激波根部壁面开设自适应泄流装置来分离低能流体，可根据进气道不起动状态严重程度，自适应控制空气溢流量的大小，即本发明溢流装置可以根据脱体激波的位置和其前后的气流压强自动调节泄流通道的大小，从而改善宽工作范围内进气道的起动特性，本装置具体包括进气道内壁1、唇罩2与泄流组件3。
进气道内壁1上开设有泄流腔101与排气口102，所述泄流腔101位于进气道不起动流场脱体激波处，所述排气口102位于泄流腔101内，用于形成泄流通道，排气口102的另一端与外界连通，即泄流通道可将进入泄流腔101的气流排入外界大气中，具体的，进气道内壁1是由外压段以及内压段下壁面组成。
唇罩2固定在进气道内壁1上，在进气道不起动时，唇罩2前方会形成脱体激波，即泄流腔101位于唇罩2的前下方，唇罩2是由外罩壁面和内压段上壁面组成，在本实施方式中，还包括内流道，其为进气道内壁1和唇罩2之间所形成的流道。
泄流组件3设置在泄流腔101内，当进气道不起动时，泄流组件3通过根据压力差控制打开幅度，调整泄流通道的气流流通量，实现泄流。
具体的，泄流组件3包括活动挡板31与封堵滑块32，活动挡板31铰接在进气道内壁1上，用于封堵泄流腔101的开口侧，封堵滑块32活动设置在泄流腔101内，并与活动挡板31传动连接，所述封堵滑块32选择性地封堵排气口102。
当冲压发动机进气道处于起动状态时，脱体激波无法形成，使得泄流腔101内外压差相同，活动挡板31将泄流腔101的开口侧封闭，同时封堵滑块32将排气口102封闭，无法进行泄流，从而减少进气道的溢流量。
当冲压发动机进气道处于不起动状态时，脱体激波形成，脱体激波为图1中的虚线部分所示，在脱体激波形成后，脱体激波后侧气压增大，将推动所述活动挡板31朝向泄流腔101内侧旋转打开，同时，由于活动挡板31与封堵滑块32传动连接，即可带动封堵滑块32离开排气口102，使得所述泄流腔101与排气口102连通形成泄流通道，而根据脱体激波外侧气压的不同，推动活动挡板31打开幅度也不同，从而根据不同的气压差来改变泄流通道的大小。
作为一种优选实施方式，所述泄流腔101内开设有滑槽103，所述封堵滑块32滑动设置在滑槽103内，且所述排气口102与泄流腔101通过滑槽103连通，设置的滑槽103位于排气口102的端部，滑槽103可限制封堵滑块32的滑动方向，除了对封堵滑块32进行导向，还可限制封堵滑块32的活动范围，从而通过传动结构，限制活动挡板31的可旋转范围，避免旋转幅度过大，或活动挡板31朝向泄流腔101外部转动。
在本实施方式中，还设置了弹性件5，所述弹性件5设置在泄流腔101内，并与封堵滑块32连接，用于对封堵滑块32施加推力，使其具有封堵排气口102的趋势，即活动挡板31的两侧不存在压差时，弹性件5将推动封堵滑块32在进气道起动状态时的位置滑动，同时，活动挡板31逐渐封堵泄流腔101，而弹性件5通过弹性形变进行储能，需要注意，活动挡板31在打开时，压差施加在活动挡板31上的力需大于弹性件5的形变阈值，才可推动活动挡板31转动，可避免压力差较小时，活动挡板31打开，在本实施方式中，所述弹性件5可选用为弹簧，通过弹簧的弹性形变进行储能，进一步优选的，弹性件5设置在滑槽103内，并沿封堵滑块32的活动方向进行设置，其一端固定在滑槽103内，另一端与封堵滑块32固定。
为了实现封堵滑块32与活动挡板31的联动，所述泄流组件3还包括连杆组件33，所述连杆组件33设置在泄流腔101内，并与活动挡板31和封堵滑块32传动连接，使得活动挡板31与封堵滑块32可进行同步运动，通过设置的连杆组件33，使得活动挡板31朝向泄流腔101内旋转时，可使封堵滑块32朝向左侧移动，封堵滑块32在滑槽103的最右端时，将排气口102封闭，活动挡板31旋转以及封堵滑块32向左侧运动的过程中，泄流通道的泄流速度将逐渐增大。
具体的，所述连杆组件33包括第一连杆331、第二连杆332与第三连杆333，第一连杆331的一端铰接在泄流腔101内，第二连杆332的两端分别铰接在活动挡板31与第一连杆331的另一端上，第三连杆333的一端铰接至第一连杆331与第二连杆332的连接处，另一端与封堵滑块32铰接，在活动挡板31朝向泄流腔101内旋转时，将压动第二连杆332，第二连杆332推动第一连杆331在泄流腔101内向下旋转，使得第三连杆333转动，并推动封堵滑块32活动，需要注意，在本实施方式中，第一连杆331与第二连杆332和第三连杆333之间的夹角均为锐角。
为了使溢流腔104内空气可向外排出，供活动挡板31可进行旋转，所述进气道内壁1上还开设有溢流腔104，所述溢流腔104位于泄流腔101远离唇罩2的一侧，并与泄流腔101连通，泄流腔101内的空气在活动挡板31运动时，可进入溢流腔104内，避免泄流腔101内气压阻碍活动挡板31打开。
具体的，所述进气道内壁1上还开设有若干个溢流口105，所述溢流口105与溢流腔104连通，用于平衡溢流腔104的内外气压，溢流口105设置在进气道脱体激波之前，使得溢流腔104内部空气可以向外溢出，供活动挡板31打开。
在本实施方式中，还设置了内置隔板4，所述内置隔板4固定在泄流腔101内，所述第一连杆331铰接在内置隔板4上，内置隔板4可将溢流腔104与泄流腔101进行分隔，同时供第一连杆331的端部铰接在内置隔板4上。
如图4-7所示，本发明的冲压发动机进气道自适应溢流方法，其基于上述的自适应溢流装置实现，所述冲压发动机进气道具有不起动状态与起动状态。
当冲压发动机进气道处于不起动状态时，所述唇罩2的外侧形成脱体激波，所述脱体激波前侧静压为p1，后侧静压为p3，所述溢流腔104内的静压为p2，由于p3>p1，p1＝p2，故而p3>p2，所述活动挡板31在两侧压力差作用下向溢流腔104内旋转，并带动封堵滑块32滑动打开排气口102，使得溢流腔104与排气口102连通形成溢流通道，同时根据压力差p4＝p3-p1改变溢流通道大小。
当冲压发动机进气道由不起动状态转变至起动状态时，p2＝p3，弹性件5将推动封堵滑块32进行复位动作，使得活动挡板31移动，由所述活动挡板31将泄流腔101的开口侧封闭，且封堵滑块32将排气口102封闭，以减少进气道的溢流量。
在本实施方式中，图4-7分别对应编号1)-4)，其中图4为进气道不起动状态时，脱体激波形成初期，此时活动挡板31还未动作，图5-6为进气道不起动状态时，p3增大，活动挡板31在压力差的作用下逐渐打开，同时溢流通道变大，图7为进气道起动状态时，脱体激波消失，此时p2＝p3，使得活动挡板31恢复原位。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种冲压发动机进气道自适应溢流装置，其特征在于：包括进气道内壁(1)、唇罩(2)与泄流组件(3)，其中，
进气道内壁(1)上开设有泄流腔(101)与排气口(102)，所述泄流腔(101)位于进气道不起动流场脱体激波处，所述排气口(102)位于泄流腔(101)内，用于形成泄流通道；
唇罩(2)设置在进气道内，并与进气道内壁(1)固定；
泄流组件(3)设置在泄流腔(101)内，其包括活动挡板(31)与封堵滑块(32)，其中，
活动挡板(31)铰接在进气道内壁(1)上，用于封堵泄流腔(101)的开口侧；
封堵滑块(32)活动设置在泄流腔(101)内，并与活动挡板(31)传动连接，所述封堵滑块(32)选择性地封堵排气口(102)；
当冲压发动机进气道处于不起动状态时，所述活动挡板(31)朝向泄流腔(101)内侧旋转打开，并带动封堵滑块(32)离开排气口(102)，使得所述泄流腔(101)与排气口(102)连通形成泄流通道。
2.如权利要求1所述的冲压发动机进气道自适应溢流装置，其特征在于：所述泄流腔(101)内开设有滑槽(103)，所述封堵滑块(32)滑动设置在滑槽(103)内，且所述排气口(102)与泄流腔(101)通过滑槽(103)连通。
3.如权利要求1所述的冲压发动机进气道自适应溢流装置，其特征在于：所述泄流组件(3)还包括连杆组件(33)，所述连杆组件(33)设置在泄流腔(101)内，并与活动挡板(31)和封堵滑块(32)传动连接，使得活动挡板(31)与封堵滑块(32)可进行同步运动。
4.如权利要求3所述的冲压发动机进气道自适应溢流装置，其特征在于：所述连杆组件(33)包括第一连杆(331)、第二连杆(332)与第三连杆(333)，其中，
第一连杆(331)的一端铰接在泄流腔(101)内；
第二连杆(332)的两端分别铰接在活动挡板(31)与第一连杆(331)的另一端上；
第三连杆(333)的一端铰接至第一连杆(331)与第二连杆(332)的连接处，另一端与封堵滑块(32)铰接。
5.如权利要求1所述的冲压发动机进气道自适应溢流装置，其特征在于：所述进气道内壁(1)上还开设有溢流腔(104)，所述溢流腔(104)位于泄流腔(101)远离唇罩(2)的一侧，并与泄流腔(101)连通。
6.如权利要求5所述的冲压发动机进气道自适应溢流装置，其特征在于：所述进气道内壁(1)上还开设有若干个溢流口(105)，所述溢流口(105)与溢流腔(104)连通，用于平衡溢流腔(104)的内外气压。
7.如权利要求4所述的冲压发动机进气道自适应溢流装置，其特征在于：还包括内置隔板(4)，所述内置隔板(4)固定在泄流腔(101)内，所述第一连杆(331)铰接在内置隔板(4)上。
8.如权利要求1所述的冲压发动机进气道自适应溢流装置，其特征在于：还包括弹性件(5)，所述弹性件(5)设置在泄流腔(101)内，并与封堵滑块(32)连接，用于对封堵滑块(32)施加推力，使其具有封堵排气口(102)的趋势。
9.如权利要求8所述的冲压发动机进气道自适应溢流装置，其特征在于：所述弹性件(5)为弹簧。
10.一种冲压发动机进气道自适应溢流方法，其特征在于：基于权利要求1-9任一项的自适应溢流装置实现，所述冲压发动机进气道具有不起动状态与起动状态；
当冲压发动机进气道处于不起动状态时，所述唇罩(2)的外侧形成脱体激波，所述脱体激波前侧气流静压为p1，后侧气流静压为p3，溢流腔(104)与脱体激波前侧通过泄流腔(101)连通，所述溢流腔(104)内的静压为p2，且p3>p2，所述活动挡板(31)在两侧压力差作用下向溢流腔(104)内旋转，并带动封堵滑块(32)滑动打开排气口(102)，使得溢流腔(104)与排气口(102)连通形成溢流通道，同时根据压力差p4＝p3-p1改变溢流通道大小；
当冲压发动机进气道处于起动状态时，p2＝p3，所述活动挡板(31)将泄流腔(101)的开口侧封闭，且封堵滑块(32)将排气口(102)封闭，以减少进气道的溢流量。
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2023
- 2023-09-18 CN CN202311198005.5A patent/CN117189368A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117823281A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-05 | 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 | 一种品字形排列的多通道宽速域可调进气道 |
| CN117823281B (zh) * | 2024-03-06 | 2024-06-04 | 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 | 一种品字形排列的多通道宽速域可调进气道 |
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