CN216301490U - 倒置双模块下颌式内转进气道/类锥前体一体化装置 - Google Patents
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Abstract
倒置双模块下颌式内转进气道/类锥前体一体化装置，涉及高超声速飞行器。设有外乘波类锥型前体和倒置双模块内转进气道；外乘波类锥型前体采用经过母线优化后的类锥体构型，包括前部的头锥段以及后部的等直段；倒置双模块内转进气道为双发并置、侧向安装的三维内转进气道，包括三维内转压缩型面、进气道隔离段和进气道唇口；进气道隔离段采用几何过渡方式生成方转圆的隔离段型面；外乘波类锥型前体与倒置双模块内转进气道相连接。利用进气道自身压缩型面所拥有的压力梯度分布，形成一体化构型中由纵向对称面朝向两侧的横向压力梯度，实现对前体附面层的排移。降低前体附面层对进气道内流道影响，为内转进气道提供优秀的前体附面层排移效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及吸气式高超声速飞行器，尤其是涉及可实现排移前体附面层的三维内转进气道与飞行器前体一体化装置。
背景技术
高超声速飞行器是一种巡航飞行速度可达到5倍声速以上的飞行器。随着航空航天技术的发展，吸气式高超声速飞行器以其高比冲的优势成为了各军事强国竞相研究的热点。而吸气式高超声速飞行器设计的关键在于推进系统与飞行器机体的一体化，其核心问题则是进气道与飞行器前体的一体化设计。([1]Joseph M H,James S M,Richard C M.TheX-51A Scramjet Engine Flight Demonstration Program,15th AIAA InternationalSpace Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference,2008；[2]Alexander K,Alexey K.Atmospheric Cruise Flight Challenges for HypersonicVehicles Under the Ajax Concept,Journal of Propulsion and Power,2008,24(6):128-131.)
在飞行器前体/进气道的一体化设计中，由于圆锥构型具有大容积率、结构简单以及攻角特性好等优势，常被选为飞机或是导弹的前体。而三维内转进气道因具有流量捕获系数高、压缩特性好等优点，近年来众多学者对其进行了大量的研究工作。锥形前体与进气道的一体化设计技术正是其中亟待解决的一项关键技术，探索新颖的锥形前体与进气道的一体化设计方法与布局形式是十分必要的。
另外，在传统的飞行器前体/进气道的一体设计中，考虑到前体附面层的影响，会设有专门的附面层隔道与吸除/抽吸装置，但此类附面层控制机构会明显增加飞行器的重量。因此，如何有效利用进气道的压缩性，考虑利用三维内转进气道本身的设计性能来排移前体的附面层以减小其对内流流场的干扰也是至关重要的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供可有效利用进气道自身压力梯度分布实现对前体附面层的排移的倒置双模块下颌式内转进气道/类锥前体一体化装置。
本实用新型设有外乘波类锥型前体和倒置双模块内转进气道；所述外乘波类锥型前体采用经过母线优化后的类锥体构型，包括前部的头锥段以及后部的等直段；所述倒置双模块内转进气道为双发并置、侧向安装的三维内转进气道，包括三维内转压缩型面、进气道隔离段和进气道唇口；进气道隔离段采用几何过渡方式生成方转圆的隔离段型面；外乘波类锥型前体与倒置双模块内转进气道相连接。
倒置双模块内转进气道的两个进气道关于飞行器对称面对称。
进气道唇口分为上侧唇口、下侧唇口、内侧唇口、外侧唇口；上侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的下型面相贯得到，下侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的入射外锥激波相贯得到，内侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的纵向对称面相贯得到，外侧唇口在确定进气道的捕获面积后通过调整进气道的捕获形状圆心角与捕获形状外扩角得到。进气道唇口的三维形状为双模块进气道的其中之一。
倒置双模块内转进气道的安装角的大小可根据进气道入口前方来流的流线方向确定。
倒置双模块内转进气道的安装定位点为进气道的三维入口型线在外乘波类锥型前体纵向对称面内与外乘波类锥型前体母线的交点。
进气道隔离段的出口为圆形，采用几何过渡手段连接进气道壁面出口与隔离段出口，构造方转圆的进气道隔离段。
本实用新型具有以下的优点：
本实用新型利用进气道自身压缩型面所拥有的压力梯度分布，形成一体化构型中由纵向对称面朝向两侧的横向压力梯度，从而实现对前体附面层的排移。倒置一体化布局有效减小进气道S弯隔离段的弯曲程度，从而降低S弯隔离段内的流动损失。并且，圆锥前体的入射外锥激波恰好打在内转进气道的唇口位置，即保证进气道唇罩无溢流，从而可实现倒置一体化构型的内转进气道对来流的高效捕获。另外，该双模块布局在进气道入口宽度范围内，前体累积的附面层基本被进气道上壁面所形成的横向压力梯度排出进气道唇口之外，即实现类锥前体入射外锥激波与进气道入射内锥激波良好匹配的同时，还为内转进气道提供优秀的前体附面层排移效果，可有效利用进气道自身压力梯度分布实现对前体附面层的排移，避免传统布局中前体附面层与进气道内部流场之间的相互干扰。经验证，该布局模式较传统构型总压恢复系数高，非设计状态下性能优良。
附图说明
图1是本实用新型实施例的三维轮廓图。
图2是本实用新型实施例的俯视结构组成示意图。
图3是本实用新型实施例的前视结构组成示意图。
图4是本实用新型实施例的侧视结构组成示意图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步的说明。
参见图1～4，本实用新型实施例包括飞行器类锥型前体1，倒置布局的前体与进气道连接过渡面2，双模块内转进气道型面3，进气道隔离段4。飞行器类锥型前体1采用经过母线优化后的类锥体构型；双模块内转进气道为双发并置、侧向安装的三维向内收缩进气道构型；隔离段采用几何过渡方式生成方转圆的隔离段型面。通过对类锥体母线进行优化，得到飞行器的类锥型前体1构型并按长度进行无量纲化。以内流入射激波面与该前体交线作为进气道进口形线的一部分，采用进气道倒置布局的方法，通过流线追踪构造出双模块内转进气道型面3。设定进气道隔离段的出口5为圆形，采用几何过渡手段连接进气道壁面出口与隔离段出口，构造方转圆的进气道隔离段4。两者在外乘波类锥型前体与倒置双模块内转进气道三维形线上半部相连接。
进气道唇口分为上侧唇口、下侧唇口、内侧唇口、外侧唇口；上侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的下型面相贯得到，下侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的入射外锥激波相贯得到，内侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的纵向对称面相贯得到，外侧唇口在确定进气道的捕获面积后通过调整进气道的捕获形状圆心角与捕获形状外扩角得到。
进气道唇口的三维形状为双模块进气道的其中之一。
倒置双模块内转进气道的安装角的大小可根据进气道入口前方来流的流线方向确定。
倒置双模块内转进气道的安装定位点为进气道的三维入口型线在外乘波类锥型前体纵向对称面内与外乘波类锥型前体母线的交点。
进气道隔离段的出口为圆形，采用几何过渡手段连接进气道壁面出口与隔离段出口，构造方转圆的进气道隔离段。
飞行器类锥型前体1通过设定锥形前体母线，固定初始化半锥角并按照锥形长度进行无量纲化得到。采用ICFD流场作为基准流场，将进气道入口附近区域的流场马赫数取平均值作为基准流场的设计来流马赫数。
内转进气道的三维入口型线在圆锥前体纵向对称面内与圆锥前体母线的交点为安装定位点。进气道的安装角βa定义为内转进气道入射内锥激波的轴线与圆锥前体的轴线之间的夹角，可根据如下公式计算：
其中，βl为内转进气道入射内锥激波的轴线与圆锥前体的纵向对称面的夹角，βt为内转进气道入射内锥激波的轴线与圆锥前体的横向对称面的夹角。进气道安装角的大小可根据进气道入口前方来流的流线方向确定。
由于双模块构型的两个进气道关于飞行器对称面对称，两个进气道的入口形状对称相同。内转进气道的上侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的下型面相贯得到，内转进气道的内侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的纵向对称面相贯得到，内转进气道的下侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的入射外锥激波相贯得到，而内转进气道的外侧唇口，在确定了进气道的捕获面积后通过调整进气道的捕获形状圆心角与捕获形状外扩角得到。该入口三维形状为双模块进气道的其中之一。
双模块一体化构型的内转进气道型面,以确定的进气道入口三维形状为基础，在选取的基准流场内进行流线追踪，即得到内转进气道的无粘压缩型面，之后对该型面进行粘性修正及肩部光顺即可得到进气道的实际压缩型面。给定进气道的隔离段出口为圆形，通过几何过渡生成方转圆的隔离段型面。之后将整个进气道其关于内侧唇口做对称即可得到完整双模块内转进气道型面。
由此，本实用新型在实现类锥前体入射外锥激波与进气道入射内锥激波良好匹配的同时，还为内转进气道提供优秀的前体附面层排移效果。
Claims (6)
1.倒置双模块下颌式内转进气道/类锥前体一体化装置，其特征在于设有外乘波类锥型前体和倒置双模块内转进气道；所述外乘波类锥型前体采用经过母线优化后的类锥体构型，包括前部的头锥段以及后部的等直段；所述倒置双模块内转进气道为双发并置、侧向安装的三维内转进气道，包括三维内转压缩型面、进气道隔离段和进气道唇口；进气道隔离段采用几何过渡方式生成方转圆的隔离段型面；外乘波类锥型前体与倒置双模块内转进气道相连接。
2.如权利要求1所述倒置双模块下颌式内转进气道/类锥前体一体化装置，其特征在于所述倒置双模块内转进气道的两个进气道关于飞行器对称面对称。
3.如权利要求1所述倒置双模块下颌式内转进气道/类锥前体一体化装置，其特征在于所述进气道唇口分为上侧唇口、下侧唇口、内侧唇口、外侧唇口；上侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的下型面相贯得到，下侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的入射外锥激波相贯得到，内侧唇口由内转进气道的入射内锥激波与圆锥前体的纵向对称面相贯得到，外侧唇口在确定进气道的捕获面积后通过调整进气道的捕获形状圆心角与捕获形状外扩角得到。
4.如权利要求1所述倒置双模块下颌式内转进气道/类锥前体一体化装置，其特征在于所述倒置双模块内转进气道的安装角的大小根据进气道入口前方来流的流线方向确定。
5.如权利要求1所述倒置双模块下颌式内转进气道/类锥前体一体化装置，其特征在于所述倒置双模块内转进气道的安装定位点为进气道的三维入口型线在外乘波类锥型前体纵向对称面内与外乘波类锥型前体母线的交点。
6.如权利要求1所述倒置双模块下颌式内转进气道/类锥前体一体化装置，其特征在于所述进气道隔离段的出口为圆形，几何过渡连接进气道壁面出口与隔离段出口，构造方转圆的进气道隔离段。
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