CN217029100U

CN217029100U - 一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构

Info

Publication number: CN217029100U
Application number: CN202220881648.4U
Authority: CN
Inventors: 朱呈祥; 卢钰文; 蔡泽君; 尤延铖
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2022-04-15
Filing date: 2022-04-15
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2032-04-15

Abstract

一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，进气道压缩段、分流板组件、冲压通道和涡轮通道；所述进气道压缩段为冲压通道与涡轮通道共用的进气通道；所述分流板组件包括依次设置的前分流板、副板和后分流板；所述前分流板作为进气道压缩段的二级压缩型面，转动设于进气道压缩段的上壁面；所述后分流板作为涡轮通道的上壁面的一部分，转动设于涡轮通道的上壁面；所述副板转动设于前分流板的自由端。本实用新型动态调节泄流量排移边界层的同时大幅度降低分流板运动对流场的影响，增强进气道流场品质，并可作为失稳预警。

Description

一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构

技术领域

本实用新型涉及TBCC双通道进气道的调节机构领域，尤其涉及一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构。

背景技术

飞行器作为国防、交通的重要工具，许多国家都在不断投入科研力量争相发展飞行器技术。为了提高飞行器性能，作为飞行器的动力来源，即推进系统便是重点的研究对象。随着飞行器不断发展，飞行器的速度也在不断提高，从亚声速、跨声速到超声速、高超声速，人们发现单一动力形式的发动机难以满足高超声速的宽速域飞行。组合发动机是指将两种或者两种以上发动机有机融合在一起而形成的宽包线多模态发动机。与单一动力形式的发动机相比，组合发动机在可以宽速域飞行中发挥出各个发动机各自的优势，从而实现宽速域飞行。(张升升,郑雄,吕雅,乔晓慧,张永.国外组合循环动力技术研究进展[J].科技导报,2020,38(12):33-53+181.)TBCC(涡轮基组合发动机)是组合发动机在航空领域的代表之一，其将涡轮发动机和冲压发动机组合在一起，不同的速域下使用不同的模态进行工作。

进气道是发动机的空气流量通道，是推进系统的重要组成部分。在组合发动机中，需要依靠进气道提供高品质的来流，才能保证其在高超声速的宽速域飞行。对于TBCC，为了保证宽速域飞行，需要在涡轮模态和冲压模态之间切换、以让对应的发动机在对应的速域下工作，这个过程便称为模态转换。因此，模态转换是组合发动机中一个关键的技术。

TBCC双通道进气道的模态转换是依靠分流板的运动来完成的。在模态转换过程中，进气道中的分流板改变其位置以引导气流、分配流量，使气流进入相应的发动机通道中。分流板的运动对流场的影响很大，且进气道有排移边界层的需求，设计优化分流板结构对于保证双通道流场的品质意义重大。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，动态调节泄流量排移边界层的同时大幅度降低分流板运动对流场的影响，增强进气道流场品质，并可作为失稳预警。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，包括进气道压缩段、分流板组件、冲压通道和涡轮通道；所述进气道压缩段为冲压通道与涡轮通道共用的进气通道；所述分流板组件包括依次设置的前分流板、副板和后分流板；所述前分流板作为进气道压缩段的二级压缩型面，转动设于进气道压缩段的上壁面；所述后分流板作为涡轮通道的上壁面的一部分，转动设于涡轮通道的上壁面；所述副板转动设于前分流板的自由端。

所述前分流板的初始位置与进气道压缩段的前端壁面光滑过渡连接，或与进气道压缩段的前端壁面呈角度连接。

本实用新型中，将前分流板的转轴与进气道压缩段侧壁面的交点和冲压通道上壁面与涡轮通道下壁面的交点连成一条线段，该线段长度即为前分流板的长度，该线段位置即为前分流板旋转下极限角度。

本实用新型中，前分流板旋转的范围内的进气道压缩段的侧壁面修型为与前分流板贴合的平面，以使前分流板旋转过程中与进气道压缩段侧壁面无明显间隙。

所述后分流板的长度为前分流板长度的40％～70％。

所述后分流板的初始位置与涡轮通道的上壁面光滑过渡连接；所述后分流板的自由端旋转至与涡轮通道下壁面贴合，该位置作为后分流板下极限角度。

本实用新型中，后分流板旋转的范围内的进气道压缩段侧壁面修型为与后分流板贴合的平面，以使后分流板旋转过程中与进气道压缩段侧壁面无明显间隙。

本实用新型中，以前分流板的自由端下极限点为圆心，作一个与后分流板的自由端旋转过程中的圆弧轨迹相切的圆，该圆的半径即为副板的长度。

本实用新型中，副板的初始位置位于进气道压缩段外侧，与涡轮通道上壁面形成封闭，其中，有泄流需求时可旋转一定角度开启泄流口；在冲压模态下，前分流板到达下极限位置，在无泄流需求时，副板旋转至与冲压通道上壁面契合。

所述副板的前端呈斜面设置，涡轮通道下壁面、冲压通道上壁面相接处为带有一定角度的尖斜面，该尖斜面与副板前端的斜面在接触时相互贴合，所述一定角度取为不出现脱体激波的最大角度。

相对于现有技术，本实用新型技术方案取得的有益效果是：

1、可调节的泄流控制：通过控制副板角度，可在微调型面的情况下实现泄流，排移边界层，提高进气道起动能力的同时减少型面变化带来的流场变化；同时，副板泄流角度可控制，从而可将泄出的气流可控地应用于液压机构、电子元器件的降温。

2、失稳预警：副板可作为冲压通道的失稳预警判据。当通道内激波推出分离点后，激波位于副板上，导致副板偏转角度增大，可将该位移信号作为失稳预警判据，且相比于通道截面压力信号，该位移信号更容易监测。同时，该预警产生时，副板偏转角度的增大将增大泄流量，避免冲压通道不起动。在失稳临界处，配合发动机的控制，可实现进气道再起动。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图，分流板处于初始位置。

图2为分流板位于下极限位置示意图。

图3为模态转换过程中气流流向示意图，此时无泄流量。

图4为模态转换过程中气流流向示意图，虚线箭头表示可动态调节的泄流量。

图5为失稳预警示意图。

在图1～5中，各标记为：进气道压缩段1，前分流板2，副板3，后分流板4，涡轮通道上壁面5，进气道压缩段侧壁面6，涡轮通道7，冲压通道8，前分流板转轴9，前分流板自由端10，后分流板转轴11，后分流板自由端12，涡轮通道下壁面13，冲压通道上壁面14，前分流板长度线段15，后分流板旋转圆弧轨迹16，副板与通道壁面的接触面17，激波18。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实施例一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，包括进气道压缩段1、分流板组件、冲压通道8和涡轮通道7；所述进气道压缩段1为冲压通道8与涡轮通道7共用的进气通道，即TBCC双通道进气道；所述分流板组件包括依次设置的前分流板2、副板3和后分流板4；所述前分流板2作为进气道压缩段1的二级压缩型面，转动设于进气道压缩段1的上壁面；所述后分流板4作为涡轮通道7的上壁面的一部分，转动设于涡轮通道7的上壁面；所述副板3转动设于前分流板2的自由端；前分流板、副板、后分流板的位置与角度均可动态调节。

本实用新型通过给定入口型线在基本流场中进行流线追踪，可以得到进气道压缩段1型面，再根据冲压通道8的出口截面形状生成冲压通道型面。根据流量分配需求及中心线、截面积变化关系生成涡轮通道7型面。

本实施例中，前分流板2的设计为：在不同的基本流场下追踪的进气道压缩段型面有所不同，根据不同的压缩段型面以及实际流量调节效率需求，在进气道压缩段1型面的壁面上取一合适位置作截面，将该截面与进气道压缩段1型面的交线修正为直线，该直线作为前分流板转轴9。前分流板2的初始位置可根据实际需求选择与进气道压缩段前段壁面光滑连接，或与进气道压缩段前段壁面成一定角度。将前分流板转轴9与进气道压缩段侧壁面6的交点和冲压通道上壁面14与涡轮通道下壁面13的交点连成一条线段，前分流板长度线段15，该线段长度即为前分流板2的长度，该线段位置即为前分流板2旋转下极限角度，下极限位置如图2所示。为保证前分流板2旋转过程中与进气道压缩段侧壁面6无明显间隙，将前分流板2旋转范围内的进气道压缩段侧壁面6修型为与前分流板2贴合的平面。前分流板2截面形状为矩形。

前分流板在旋转过程中，进气道喉道面积会随之改变，因此设置旋转角度时需考虑喉道面积变小可能带来的壅塞现象，避免进气道不起动。出现壅塞现象的喉道最小截面积可根据公式(1)计算。

其中，A_e为喉道面积，A_i为入口面积，M_i为来流马赫数，γ为气体比热比。由此，可以计算出喉道处的面积A_e。用喉道面积A_e除以喉道处的展向宽度，便可以得到喉道高度，即旋转前分流板的最低点高度。

本实施例中，后分流板4设计为：在初始位置且无泄流需求情况下，后分流板4需保证和前分流板2基本贴合，由于前分流板2的长度、位置已经确定，因此后分流板的转轴位置便决定了后分流板的长度。后分流板4的长度影响力矩大小、刚性、调节效率，根据实际情况进行选取，一般可选取前分流板2长度的40％～70％。确定长度，便确定了后分流板转轴11的位置。后分流板4的形状与对应位置的涡轮通道上壁面5形状相同，作为涡轮通道上壁面5的一部分与原壁面光滑过渡，将该位置作为后分流板初始角度。后分流板自由端12旋转至与涡轮通道下壁面13贴合，该位置作为后分流板4下极限角度，下极限位置如图2所示。将后分流板4旋转的范围内的进气道压缩段侧壁面6修型为与后分流板4贴合的平面。

本实施例中，副板3设计为：以前分流板自由端10为转轴，增设一个可以绕转轴旋转的副板3。以前分流板自由端10下极限点为圆心，作一个与后分流板自由端12旋转过程中的后分流板旋转圆弧轨迹16相切的圆，该圆的半径即为副板3的长度。副板3的初始位置位于进气道压缩段外侧，与涡轮通道上壁面5形成封闭，有泄流需求时可旋转一定角度开启泄流口。在冲压模态下，前分流板2到达下极限位置，在无泄流需求时，副板3需旋转至与冲压通道上壁面14契合。为保证契合，需对涡轮通道下壁面13、冲压通道上壁面14与副板3的接触面进行修型。如图5所示，修型采取以下方案：为减小修型对流场的影响，副板与通道壁面的接触面17采用斜面，涡轮通道下壁面13、冲压通道上壁面14相接处修型为带有一定角度θ的尖斜面，副板与通道壁面的接触面17与尖斜面可相互贴合，该角度θ取为不出现脱体激波的最大角度。

本实施例中，泄流量调节功能的实现：如图3所示为模态转换过程中气流流向，此时无泄流量，如图4所示，通过控制副板3旋转的角度，可控制泄流量大小。

本实施例中，预警功能的实现：如图5所示，当通道内激波18推出分离点后，激波18位于副板3上，导致副板3偏转角度增大，可将该位移信号作为失稳预警判据，且相比于通道截面压力信号，该位移信号更容易监测。同时，该预警产生时，副板3偏转角度的增大将增大泄流量，避免冲压通道8不起动。在失稳临界处，配合发动机的控制，可实现进气道再起动。

Claims

1.一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：包括进气道压缩段、分流板组件、冲压通道和涡轮通道；所述进气道压缩段为冲压通道与涡轮通道共用的进气通道；所述分流板组件包括依次设置的前分流板、副板和后分流板；所述前分流板作为进气道压缩段的二级压缩型面，转动设于进气道压缩段的上壁面；所述后分流板作为涡轮通道的上壁面的一部分，转动设于涡轮通道的上壁面；所述副板转动设于前分流板的自由端。

2.如权利要求1所述的一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：所述前分流板的初始位置与进气道压缩段的前端壁面光滑过渡连接，或与进气道压缩段的前端壁面呈角度连接。

3.如权利要求1所述的一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：将前分流板的转轴与进气道压缩段侧壁面的交点和冲压通道上壁面与涡轮通道下壁面的交点连成一条线段，该线段长度即为前分流板的长度，该线段位置即为前分流板旋转下极限角度。

4.如权利要求1所述的一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：前分流板旋转的范围内的进气道压缩段的侧壁面修型为与前分流板贴合的平面，以使前分流板旋转过程中与进气道压缩段侧壁面无明显间隙。

5.如权利要求1所述的一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：所述后分流板的长度为前分流板长度的40％～70％。

6.如权利要求1所述的一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：所述后分流板的初始位置与涡轮通道的上壁面光滑过渡连接；所述后分流板的自由端旋转至与涡轮通道下壁面贴合，该位置作为后分流板下极限角度。

7.如权利要求1所述的一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：后分流板旋转的范围内的进气道压缩段侧壁面修型为与后分流板贴合的平面，以使后分流板旋转过程中与进气道压缩段侧壁面无明显间隙。

8.如权利要求1所述的一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：以前分流板的自由端下极限点为圆心，作一个与后分流板的自由端旋转过程中的圆弧轨迹相切的圆，该圆的半径即为副板的长度。

9.如权利要求1所述的一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：副板的初始位置位于进气道压缩段外侧，与涡轮通道上壁面形成封闭，其中，有泄流需求时可旋转一定角度开启泄流口；在冲压模态下，前分流板到达下极限位置，在无泄流需求时，副板旋转至与冲压通道上壁面契合。

10.如权利要求1所述的一种可调节泄流量及可预警失稳的双通道进气道调节机构，其特征在于：所述副板的前端呈斜面设置，涡轮通道下壁面、冲压通道上壁面相接处为带有一定角度的尖斜面，该尖斜面与副板前端的斜面在接触时相互贴合，所述一定角度取为不出现脱体激波的最大角度。