CN106697306A - 同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道及控制方法 - Google Patents

同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，其中在进气道压缩面前部覆盖溢流盖板，溢流盖板下方为稳压腔，并有安装在压缩面上并位于溢流盖板后端的转动盖板，利用转动盖板位于打开位置时在流场中诱导出斜激波，且气流经该斜激波压缩，在转动盖板的引导下进入稳压腔形成二次流，从而在同级压缩面上人为制造压差驱动二次流流动；由于激波的预增压作用使得二次流的压力高于上游来流压力，二次流得以顺利经溢流盖板喷射注入流场。

Description

同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道及控制方法
技术领域
本发明涉及飞行器进气道设计领域。
背景技术
进气道作为冲压发动机的进气装置，是吸气式推进***的三大关键气动部件之一，直接面对高马赫数来流和工况复杂的燃烧室，其设计形式和工作特性显著影响着整个推进***乃至飞行器的总体性能。在实际应用中，冲压发动机需要工作在较宽的飞行包线内，这就要求进气道具有较为宽广的马赫数工作范围。然而，在常规定几何进气道设计时通常以最高飞行马赫数为设计点，保证此时的前体压缩波系贴口。但定几何进气道的激波贴口状态仅在设计马赫数下实现，当来流马赫数低于设计马赫数时，进气道前体压缩波系向上游偏转，导致进气道流量系数显著下降，并带有显著的溢流和附加阻力，对飞行器加速极为不利；当来流马赫数高于设计马赫数时，前体波系则会在唇罩内侧汇聚，并诱导出强滑移层进入内通道，增加流动损失，恶化流场品质，严重时还会导致进气道不起动。显然，定几何进气道在非设计点的性能恶化，严重影响整个推进***性能的发挥。因此，需要引入必要的调节措施对前体激波系进行控制。目前，对于前体波系的调节主要有变几何调节和定几何调节两种方式，其中通过变几何方式实现对激波倾角和激波位置控制是目前研究最为广泛的一种技术手段，但其常存在调节机构复杂、进气道体积和重量大、热防护及封严困难等问题。
与此同时，各国学者也在积极探索新概念的定几何激波控制技术，目前研究较多的有磁流体控制方法、局部等离子体放电控制方法、局部加热控制方法等。其中，基于等离子体气体激励的激波控制技术是该领域的热点。但此类技术需要布置复杂的附属装置，将占用飞行器的大量宝贵空间，同时会对飞行器的其他电子设备带来一定的负面影响。由此可以看出已有的各种控制技术均存在明显的缺点，在实际使用过程中受到了诸多限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，该进气道占用空间小，结构简单，无需狭长的引气管路，调节机构少，布置灵活。另外，相较于现有的内通道引流方案，该进气道可以避免从内通道引气带来的内通道流动不稳定、进气道起动性能下降的不利影响。
为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，包括进气道压缩面、位于进气道压缩面外侧的进气道唇罩、覆盖在进气道压缩面前部的溢流盖板、位于溢流盖板下方的稳压腔、安装在压缩面上并位于溢流盖板后端的转动盖板；所述稳压腔与溢流盖板的后端设有进口；所述转动盖板在打开位置及关闭位置之间转动，当转动盖板位于关闭位置时，转动盖板将进口关闭；当转动盖板位于打开位置时，进口打开。
有益效果：本发明的同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，利用转动盖板位于打开位置时在流场中诱导出斜激波，且气流经该斜激波压缩，在转动盖板的引导下进入稳压腔形成二次流，从而在同级压缩面上人为制造压差驱动二次流流动；由于激波的预增压作用使得二次流的压力高于上游来流压力，二次流得以顺利经溢流盖板喷射注入流场。本发明中的二次流流动的产生方式取代传统方案中从二级压缩面或者喉道等高压区引流的做法，从而无需狭长的引气管路及复杂的调节机构，在拓宽进气道工作马赫数范围，提高进气道在低于设计马赫数时流量系数的同时，保证了进气道整体结构简单、占用空间小。由于无需狭长的引气管路，因此避免了复杂的封严/热防护问题，提高了进气道体积使用效率。同时，避免了在内通道布置引气口所带来的对进气道起动性能和隔离段耐反压能力的影响。
在上述技术方案的基础上，本发明的技术方案还可以进一步包括以下改进：
所述转动盖板的下方设有电磁铁，转动盖板的底部还固定有挤压在电磁铁以及转动盖板底面之间的弹簧；转动盖板具有被电磁铁吸引的铁磁性质。这样即可通过控制电磁铁的通电及弹簧的回弹效果起到控制转动盖板开闭的效果。
进一步的，所述进气道压缩面与进气道唇罩之间形成进气主通道，所述溢流盖板、转动盖板均位于进气主通道之外。这里进一步定义该溢流盖板、转动盖板在整体结构中所处的位置。
进一步的，所述溢流盖板上设置有多个贯穿溢流盖板并连同稳压腔的缝或孔。通过缝或孔起到均匀的溢流效果，合理的溢流孔/缝布置可以形成类似于等熵压缩面的气动边界。
进一步的，所述转动盖板的底面前端部分形成倾斜的引导面，当转动盖板位于打开位置时，引导面的顶端高过所述进口，使转动盖板在流场中凸起从而使转动盖板前方气流在冲压作用下进入稳压腔。利用转动盖板打开时在流场中形成的斜激波，对壁面附近的部分来流实现预增压，使得进入稳压腔的气体压力高于上游来流压力。
针对上述同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，本发明还提供了一种该进气道的控制方法，具体的技术方案为：设该进气道的预设马赫数为M1；当进气道工作马赫数低于M1时，转动盖板位于关闭位置；当进气道工作马赫数高于M1时，转动盖板位于打开位置。在所述转动盖板的下方设有电磁铁，且转动盖板的底部还固定有挤压在电磁铁以及转动盖板地面之间的弹簧，转动盖板具有被电磁铁吸引的铁磁性质；当进气道工作马赫数低于M1时，电磁铁通电，转动盖板位于关闭位置；当进气道工作马赫数高于M1时，电磁铁断电，转动盖板位于打开位置。
附图说明
图1是本发明同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道的剖视图，并展示了转动盖板位于关闭位置时的状态。
图2是本发明同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道的剖视图，并展示了转动盖板位于打开位置时的状态。
具体实施方式
请参阅图1及图2所示，本发明公开了一种同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，主要应用于超声速/高超声速进气道类别的设计制造。该类进气道前体由至少一段斜面组成，气流在进气道外经前体激波压缩。该同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道包括进气道压缩面1、位于进气道压缩面1外侧的进气道唇罩2、覆盖在进气道压缩面1前部的溢流盖板3、位于溢流盖板3下方的稳压腔4、安装在压缩面上并位于溢流盖板后端的转动盖板5。其中进气道压缩面1与进气道唇罩2之间形成进气主通道14。所述溢流盖板3上设置有多个贯穿溢流盖板并连通稳压腔的缝或孔。所述稳压腔4与溢流盖板3的后端设有进口15；所述转动盖板5在打开位置及关闭位置之间转动，当转动盖板5位于关闭位置时，转动盖板5将进口15关闭；当转动盖板5位于打开位置时，进口15打开，稳压腔4即作为二次流的流道。这样，通过转动盖板5的开合从而控制是否在压缩面1上产生二次流注入进气流场。
具体的为：
如图1所示，当进气道工作马赫数较低时，需要的是提高进气道的流量系数，此时控制转动盖板5位于闭合位置。即进气方式与传统的进气道相同。
如图2所示，当进气道工作马赫数较高时，需要调节前体激波。此时将转动盖板5位于打开位置。转动盖板5在流场中形成一道预增压激波8，前方部分来流在冲压作用下进入二次流流道形成二次流9。由于激波8的预增压作用使得二次流9的压力高于上游来流压力，二次流9得以顺利经上游多孔/多缝溢流盖板3喷射注入流场。二次流9占据了一定的物面空间，而且其引入的扰动会带来相应的总压损失，使得主流在壁面附近的流通能力越来越弱，形成了向外偏转的气动边界10。合理的溢流孔/缝布置可以形成类似于等熵压缩面的气动边界10，在其表面发出一系列弱压缩波11，与前体激波12相互干扰，使得前体激波12重构为一道弯曲激波13，并且激波角有所增大，从而实现了激波偏转的控制。在本实施方式中，所述转动盖板5的底面前端部分形成倾斜的引导面，当转动盖板5位于打开位置时，引导面的顶端高过所述进口15，使转动盖板5在流场中凸起从而使转动盖板5前方气流在冲压作用下进入稳压腔4内。
而对于转动盖板5的转动开闭，可以采用多种能够达到转动开闭效果的技术手段实现，如电机带动转动盖板5的转动轴开闭等本领域内的惯用手段。但是，为了能够进一步实现本发明所要达到的整体结构简单，占用空间小的效果，本发明中采用下述的手段实现转动盖板5的开闭。
请参阅图1及图2所示，所述转动盖板5的下方设有电磁铁6，转动盖板5的底部还固定有挤压在电磁铁6上方以及转动盖板5底面之间的弹簧7；转动盖板5具有被电磁铁吸引的铁磁性质。当需要转动盖板5位于闭合位置时，给电磁铁6通电，即可将转动盖板5吸附在电磁铁6上而闭合；当需要转动盖板5位于打开位置时，给电磁铁6断电，转动盖板5在弹簧7的回弹力作用下，被弹簧7顶起，即使转动盖板5打开。该开闭转动盖板5的方式结构简单，操作灵敏，且占用空间小。
而上述同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道的控制方法的实施例为：
设该进气道的预设马赫数为M1；当进气道工作马赫数低于M1时，转动盖板位于关闭位置；当进气道工作马赫数高于M1时，转动盖板位于打开位置。即具体的，当进气道工作马赫数低于M1时，电磁铁6通电，转动盖板5位于关闭位置；当进气道工作马赫数高于M1时，电磁铁6断电，转动盖板5位于打开位置。
本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，其特征在于：包括进气道压缩面(1)、位于进气道压缩面(1)外侧的进气道唇罩(2)、覆盖在进气道压缩面(1)前部的溢流盖板(3)、位于溢流盖板(3)下方的稳压腔(4)、安装在压缩面上并位于溢流盖板后端的转动盖板(5)；所述稳压腔与溢流盖板的后端设有进口(15)；所述转动盖板(5)在打开位置及关闭位置之间转动，当转动盖板(5)位于关闭位置时，转动盖板(5)将进口(15)关闭；当转动盖板(5)位于打开位置时，进口(15)打开。
2.根据权利要求1所述的同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，其特征在于：所述转动盖板(5)的下方设有电磁铁(6)，转动盖板(5)的底部还固定有挤压在电磁铁(6)以及转动盖板(5)底面之间的弹簧(7)；转动盖板(5)具有被电磁铁吸引的铁磁性质。
3.根据权利要求2所述的同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，其特征在于：所述进气道压缩面(1)与进气道唇罩(2)之间形成进气主通道(14)，所述溢流盖板(3)、转动盖板(5)均位于进气主通道(14)之外。
4.根据权利要求3所述的同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，其特征在于：所述溢流盖板(3)上设置有多个贯穿溢流盖板并连通稳压腔的缝或孔。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道，其特征在于：所述转动盖板(5)的底面前端部分形成倾斜的引导面，当转动盖板(5)位于打开位置时，引导面的顶端高过所述进口(15)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的同级压缩面二次流自循环气动式可调进气道的控制方法，其特征在于：设该进气道的预设马赫数为M1；当进气道工作马赫数低于M1时，转动盖板位于关闭位置；当进气道工作马赫数高于M1时，转动盖板位于打开位置。
7.根据权利要求6中所述的控制方法，其特征在于：所述转动盖板(5)的下方设有电磁铁(6)，转动盖板(5)的底部还固定有挤压在电磁铁(6)以及转动盖板底面之间的弹簧(7)；转动盖板(5)具有被电磁铁吸引的铁磁性质；当进气道工作马赫数低于M1时，电磁铁(6)通电，转动盖板(5)位于关闭位置；当进气道工作马赫数高于M1时，电磁铁(6)断电，转动盖板(5)位于打开位置。
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