CN108533406B - 一种滑块前后移动调节的颌下可调进气道 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种滑块前后移动调节的颌下可调进气道，主要由固定型面和滑块型面构成，其中所述固定型面包括进气道外压缩段型面、内收缩段型面、导轨型面、唇口型面、喉部型面以及匹配设计的扩压段型面、后唇口板型面；所述滑块型面包括滑块前楔面、滑块顶面和滑块后楔面。通过滑块的前后移动调节喉部大小，使该进气道能够在较宽的马赫数范围内工作，且保持设计点和非设计点处有较高性能。

Description

一种滑块前后移动调节的颌下可调进气道
技术领域
本发明属于航空航天飞行器高超进排气***技术领域，涉及一种颌下可调进气道，尤其是一种采用滑块进行宽范围调节的超声速颌下进气道。
背景技术
进气道是冲压发动机的一个重要气动部件，其设计形式和参数对发动机的运行能力、工作性能均存在显著影响。目前，定几何高超声速进气道往往以最高飞行马赫数为设计点，收缩比较大，当进气道接力点马赫数较低时，往往导致不起动现象。为了解决这一现象，我们设计了一种滑块前后移动的调节方式，在进气道速度由高马赫数向低马赫数变化时，通过移动滑块减小收缩比，使进气道能在较低马赫数下起动。在进气道速度由低马赫数向高马赫数变化时，通过移动滑块增大收缩比，使进气道在设计点下有较高性能。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可调的超声速颌下进气道，通过滑块的前后移动调节喉部大小，使该进气道能够在较宽的马赫数范围内工作，且保持设计点和非设计点处有较高性能。
本发明的技术解决方案：
一种滑块前后移动调节的颌下可调进气道，由固定型面和滑块型面构成，其中所述固定型面包括进气道外压缩段型面、内收缩段型面、导轨型面、唇口型面、喉部型面以及匹配设计的扩压段型面、后唇口板型面，其中喉部型面与后唇口板型面平行于导轨型面所在平面，匹配设计的扩压段型面呈外扩设计；所述滑块型面由一中间凸起的滑块构成，包括滑块前楔面、滑块顶面和滑块后楔面，所述滑块前楔面、滑块后楔面分别在平行于导轨型面所在平面的滑块顶面的两侧形成从滑块顶面到滑块底面的坡道；
所述滑块在所述固定型面中的导轨型面上前后移动，包括：
在滑块位于导轨型面前端时，所述滑块前楔面与内收缩段型面连接，作为内压缩段的一部分；所述滑块后楔面与外扩的所述匹配设计的扩压段型面构成扩压通道；
在滑块位于导轨型面末端时，所述滑块前楔面与所述匹配设计的扩压段型面构成一段流道；所述滑块后楔面与所述后唇口板型面构成扩压通道。
进一步的，所述匹配设计的扩压段型面与滑块前楔面平行设计且等长，在滑块位于导轨型面末端时，滑块前楔面与匹配设计扩压段型面构成的流道为等截面流道。
进一步的，在滑块位于导轨型面前端时，所述滑块前楔面与内收缩段型面相切连接，所述滑块前楔面外切于内收缩段型面的末端。
进一步的，所述后唇口板型面与匹配设计的扩压段型面相切过渡，所述后唇口板型面外切于匹配设计的扩压段型面的末端。
进一步的，在进气道进口扇面扇角为α，进口面积S已知，在进气道所在坐标系中，所述滑块的滑块顶面的高度h7与喉部型面的高度h2的几何关系为：
固定型面中的导轨型面的高度h9与喉部型面的高度h2的几何关系为：
后唇口板型面高度h10与滑块顶面的高度h7的几何关系为：
进一步的，所述进气道进口扇面扇角α为100°～150°。
进一步的，所述滑块的滑块前楔面的坡道的倾斜角度为5°～10°，滑块后楔面的坡道的倾斜度为5°～10°。
进一步的，在进气道两种工况下进行调节，分别是进气道减速飞行工况和进气道加速飞行工况。
进一步的，所述的进气道减速飞行工况下，滑块的滑动方向是沿导轨型面从前向后滑动，初始时刻来流为高马赫数，滑块位于前端，滑块前楔面与内收缩段型面相切过渡，作为内压缩段的一部分，滑块顶面限制了进气道喉部长度，滑块后楔面与匹配设计的扩压段型面组成扩压通道，此时进气道有较高收缩比；减速情况下来流马赫数逐渐降低，滑块滑至导轨型面末端，收缩比减小使进气道在低马赫数下能够起动，所述滑块前楔面、滑块顶面和所述匹配设计的扩压段型面、后唇口板型面构成一段等截面流道。
进一步的，所述的进气道加速飞行情况，滑块的滑动方向是沿导轨型面从后向前滑动，收缩比由小变大。
进一步的，可用于进气道两种工况下的调节，分别是进气道减速飞行工况和进气道加速飞行工况。
进一步的，所述的进气道减速飞行工况下，滑块滑动方向是沿导轨型面从前向后滑动，初始时刻来流为高马赫数，滑块位于前端，前楔面与内收缩段型面相切过渡，作为内压缩段的一部分，滑块顶面限制了进气道喉部长度，滑块后楔面与匹配设计的扩压段型面下面板组成扩压通道，此时进气道有较高收缩比。减速情况下来流马赫数逐渐降低，滑块滑至导轨型面末端，收缩比减小使进气道在低马赫数下能够起动，所述滑块前楔面、所述滑块顶面和所述匹配设计的扩压段型面、后唇口板型面构成一段等截面流道。
进一步的，所述的进气道加速飞行情况，滑块滑动方向是沿导轨型面从后向前滑动，收缩比由小变大，保证设计点高马赫数有较高性能。
本发明的有益效果：本发明提供的宽范围颌下进气道设计，采用滑块前后移动的调节措施很好地解决了冲压发动机宽范围工作难题，有助于拓宽发动机工作马赫数下限，同时该方案具有结构简单、易于实施、减轻调节附加质量等诸多优点。
附图说明
图1为颌下进气道滑块从前向后调节示意图。
图2为滑块位于导轨型面前端进气道流道示意图。
图3为滑块位于导轨型面末端进气道流道示意图。
其中：1-唇口型面，2-喉部型面，3-匹配设计的扩压段型面，4-外压缩段型面，5-内收缩段型面，6-滑块前楔面，7-滑块顶面，8-滑块后楔面，9-导轨型面，10-后唇口板型面，11-滑块。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例作更进一步的说明。在下面的描述中出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面的理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的，也可以在脱离了这些具体细节的其他实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明公开了一种滑块前后移动的颌下可调进气道，图1为颌下进气道滑块调节示意图，图2为滑块位于导轨型面前端进气道示意图，图3为滑块位于导轨型面末端进气道示意图。
所述颌下可调进气道由固定型面和滑块型面构成，其中所述固定型面包括进气道外压缩段型面4、内收缩段型面5、导轨型面9、唇口型面1、喉部型面2以及匹配设计的扩压段型面3、后唇口板型面10；所述滑块型面包括滑块前楔面6、滑块顶面7和滑块后楔面8。滑块11在导轨型面9上进行前后移动调节。
优选的，在一些实施例中，所述滑块前楔面6在滑块位于导轨型面9前端时，作为内压缩段的一部分，在滑块11位于导轨型面9末端时，与所述匹配设计的扩压段型面3构成一段流道。所述滑块后楔面8在滑块位于导轨型面9前端时，与所述匹配设计的扩压段型面3构成扩压通道，在滑块位于导轨型面9末端时，与所述后唇口板型面10构成扩压通道。
优选的，在一些实施例中，所述匹配设计的扩压段型面3根据滑块前楔面6设计，滑块位于导轨末端时，滑块前楔面6与匹配设计扩压段型面3构成的流道为等截面流道。
优选的，在一些实施例中，喉部型面2的高度在进气道设计时已知，所述滑块11的滑块顶面7的高度由喉部型面2的高度和进气道喉部面积所限定，固定型面中的导轨型面9的高度由低马赫数时喉部面积所限定，后唇口板型面10与匹配设计的扩压段型面3相切过渡，则后唇口板型面10高度由导轨型面9和滑块顶面7之间的距离所限定。
具体的限定为：在进气道进口扇面扇角为α，进口面积S已知，如图1所示，在进气道所在坐标系中，以进气道的外压缩段型面4的起点为坐标系原点，所述滑块11的滑块顶面7的高度h7与喉部型面2的高度h2的几何关系为：
固定型面中的导轨型面9的高度h9与喉部型面2的高度h2的几何关系为：
后唇口板型面10高度h10与滑块顶面7的高度h7的几何关系为：
优选的，在一些实施例中，进气道进口扇面扇角α为100°～150°，优选为130°。
优选的，在一些实施例中，所述滑块11的滑块前楔面6的长度和倾斜角度决定了所述匹配设计的扩压段型面3的长度和扩张角度，因此为了使所述匹配设计的扩压段型面3与滑块后楔面8形成的当量扩张角大小合适，滑块11的滑块前楔面6的倾斜角度取在5°～10°的范围内比较合适。滑块后楔面8的坡道即倾斜度受滑块11的长度限制，倾斜角度取在5°～10°比较合适。
优选的，在一些实施例中，所述进气道固定型面设计如下：设定进气道工作马赫数范围为Mamin～Mamax，所述进气道固定型面和滑块型面根据Mamax的流量系数、总压恢复等性能指标要求以及Mamin的起动性能需求设计而得，此为本领域公知的技术。
优选的，在一些实施例中，可用于进气道两种工况下的调节，分别是进气道减速飞行工况和进气道加速飞行工况。
优选的，在一些实施例中，所述的进气道减速飞行工况下，滑块11滑动方向是沿导轨型面从前向后滑动，初始时刻来流为Mamax，滑块11位于导轨型面9前端，位置如图2所示，此时进气道有较高收缩比，相对应的喉部性能更好。滑块前楔面6与内收缩段型面5相切过渡，作为内压缩段的一部分，而滑块顶面7限制了进气道喉部长度，滑块后楔面8与匹配设计的扩压段型面3下面板组成扩压通道，在极限反压下，稳定在喉部的结尾激波后气流速度为亚声速，经过扩压通道流速进一步降低，总压恢复提高。减速情况下来流马赫数逐渐降低至Mamin，此时滑块11滑至导轨型面9末端，位置如图3所示，收缩比减小使进气道在低马赫数下能够起动，所述滑块前楔面6、所述滑块顶面7和所述匹配设计的扩压段型面3、后唇口板型面10构成一段等截面流道。
优选的，在一些实施例中，所述的进气道加速飞行情况，飞行速度由Mamin增加到Mamax，滑块11在Mamin和Mamax时对应位置分别如图3和图2所示，滑块11滑动方向是沿导轨型面9从后向前滑动，收缩比由小变大，在拓宽飞行马赫数范围同时保证设计点高马赫数有较高性能。
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，譬如调节滑块和导轨型面改为唇口板侧，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：由固定型面和滑块型面构成，其中所述固定型面包括进气道外压缩段型面(4)、内收缩段型面(5)、导轨型面(9)、唇口型面(1)、喉部型面(2)以及匹配设计的扩压段型面(3)、后唇口板型面(10)，其中喉部型面(2)与后唇口板型面(10)平行于导轨型面(9)所在平面，匹配设计的扩压段型面(3)呈外扩设计；所述滑块型面由一中间凸起的滑块(11)构成，包括滑块前楔面(6)、滑块顶面(7)和滑块后楔面(8)，所述滑块前楔面(6)、滑块后楔面(8)分别在平行于导轨型面(9)所在平面的滑块顶面(7)的两侧形成从滑块顶面(7)到滑块(11)底面的坡道；
所述滑块(11)在所述固定型面中的导轨型面(9)上前后移动，包括：
在滑块(11)位于导轨型面(9)前端时，所述滑块前楔面(6)与内收缩段型面(5)连接，作为内压缩段的一部分；所述滑块后楔面(8)与外扩的所述匹配设计的扩压段型面(3)构成扩压通道；
在滑块(11)位于导轨型面(9)末端时，所述滑块前楔面(6)与所述匹配设计的扩压段型面(3)构成一段流道；所述滑块后楔面(8)与所述后唇口板型面(10)构成扩压通道。
2.根据权利要求1所述的滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：所述匹配设计的扩压段型面(3)与滑块前楔面(6)平行设计且等长，在滑块(11)位于导轨型面(9)末端时，滑块前楔面(6)与匹配设计扩压段型面(3)构成的流道为等截面流道。
3.根据权利要求1所述的滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：在滑块(11)位于导轨型面(9)前端时，所述滑块前楔面(6)与内收缩段型面(5)相切连接，所述滑块前楔面(6)外切于内收缩段型面(5)的末端。
4.根据权利要求1所述的滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：所述后唇口板型面(10)与匹配设计的扩压段型面(3)相切过渡，所述后唇口板型面(10)外切于匹配设计的扩压段型面(3)的末端。
5.根据权利要求1所述的滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：在进气道进口扇面扇角为α，进口面积S已知，在进气道所在坐标系中，所述滑块(11)的滑块顶面(7)的高度h7与喉部型面(2)的高度h2的几何关系为：
固定型面中的导轨型面(9)的高度h9与喉部型面(2)的高度h2的几何关系为：
后唇口板型面(10)高度h10与滑块顶面(7)的高度h7的几何关系为：
6.根据权利要求5所述的滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：所述进气道进口扇面扇角α直接影响了进气道流道的宽高比，一般取α为100°～150°。
7.根据权利要求1所述的滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：所述滑块(11)的滑块前楔面(6)的坡道的倾斜角度为5°～10°，滑块后楔面(8)的坡道的倾斜度为5°～10°。
8.根据权利要求1所述的滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：在进气道两种工况下进行调节，分别是进气道减速飞行工况和进气道加速飞行工况。
9.根据权利要求8所述的滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：所述的进气道减速飞行工况下，滑块(11)的滑动方向是沿导轨型面(9)从前向后滑动，初始时刻来流为高马赫数，滑块(11)位于前端，滑块前楔面(6)与内收缩段型面(5)相切过渡，作为内压缩段的一部分，滑块顶面(7)限制了进气道喉部长度，滑块后楔面(8)与匹配设计的扩压段型面(3)组成扩压通道，此时进气道有较高收缩比；减速情况下来流马赫数逐渐降低，滑块(11)滑至导轨型面(9)末端，收缩比减小使进气道在低马赫数下能够起动，所述滑块前楔面(6)、滑块顶面(7)和所述匹配设计的扩压段型面(3)、后唇口板型面(10)构成一段等截面流道。
10.根据权利要求8所述的滑块前后移动调节的颌下可调进气道，其特征在于：所述的进气道加速飞行情况，滑块(11)的滑动方向是沿导轨型面从后向前滑动，收缩比由小变大。
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