本發(fā)明涉及高超聲速飛行器設(shè)計,具體是涉及一種軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道及其設(shè)計方法。
背景技術(shù):
1、吸氣式高超聲速動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、比沖高、經(jīng)濟性好,是高超聲速飛行最理想的動力系統(tǒng)裝置之一,進氣道作為高超聲速動力裝置主要的氣流壓縮部件,其總壓恢復(fù)系數(shù),抗反壓能力,自起動馬赫數(shù)等主要性能指標(biāo)直接影響了推進系統(tǒng)的性能。不同工況下發(fā)動機燃燒室對進氣道的壓縮能力要求差異較大,傳統(tǒng)的發(fā)動機進氣道都是基于單一設(shè)計點的優(yōu)化,不能滿足大范圍高性能工作要求;其次,進氣道起動問題限制了收縮比的大小,存在高低馬赫數(shù)壓縮量不一致,高效壓縮與進氣道自起動之間的矛盾;此外,進氣道流量系數(shù)大小直接決定發(fā)動機推力,需解決低馬赫數(shù)條件下進氣道的流量捕獲問題。因此,為了滿足寬速域飛行工況下對進氣道的氣動高性能要求,進氣道可調(diào)節(jié)設(shè)計成為必然。
2、對于軸對稱變幾何進氣道而言,現(xiàn)有的調(diào)節(jié)方案存在諸多問題。例如,現(xiàn)有技術(shù)中一種可伸縮臺階式中心體軸對稱可調(diào)進氣道方案,該進氣道的中心體長度能夠在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整,即高馬赫數(shù)伸長、底馬赫數(shù)縮短,從而達到調(diào)節(jié)前錐壓縮波系、增加低馬赫數(shù)流量系數(shù)的目的,該類進氣道不足之處在于:進氣道喉道面積不能調(diào)節(jié),工作馬赫數(shù)范圍較窄;又如現(xiàn)有技術(shù)中一種中心錐可軸向平移的變幾何進氣道設(shè)計方案研究,其幾何模型分為中心錐與唇罩兩個部分,通過中心錐的前后移動來實現(xiàn)唇罩相對位置的調(diào)節(jié),缺點在于:來流馬赫數(shù)增大,中心錐后移并且喉道面積增大,無法保證氣流高效壓縮需求;又如現(xiàn)有技術(shù)中提出了一種基于中心體可啟閉槽的軸對稱多級可調(diào)進氣道方案,通過在中心體上設(shè)置多個鉸鏈?zhǔn)絾㈤]槽,結(jié)合中心體平移措施,可根據(jù)需要在中心體上形成多個附加流道,以滿足低馬赫數(shù)下進氣道喉道大流通能力的需求,但過于復(fù)雜的調(diào)節(jié)機構(gòu)使得該類可調(diào)進氣道的實際應(yīng)用變得非常困難。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、發(fā)明目的:針對以上缺點,本發(fā)明提供一種兼顧低馬赫數(shù)條件下增大沖壓發(fā)動機進氣道流量捕獲與氣流高效壓縮需求的軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道。
2、本發(fā)明還提供一種軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道的設(shè)計方法。
3、技術(shù)方案:為解決上述問題,本發(fā)明采用一種軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道,包括進氣道中心體、安裝在進氣道中心體外側(cè)的進氣道唇罩;所述進氣道中心體與進氣道唇罩之間為進氣道內(nèi)通道,所述進氣道內(nèi)通道為雙s彎形狀,包括平滑過渡連接的s1段和s2段,所述s1段和s2段的中心線起點與終點均切向水平,s1段和s2段具有不同的面積和中心線變化規(guī)律,當(dāng)進氣道唇罩前后移動時,進氣道喉道始終位于s2段。
4、進一步的,所述s1段與中心線垂直的面積的變化規(guī)律為由s1段的入口至出口緩急相當(dāng),所述s1段的中心線的變換規(guī)律為由s1段的入口至出口前急后緩。
5、進一步的,所述s2段與中心線垂直的面積的變化規(guī)律為由s2段的入口至出口緩急相當(dāng),所述s2段的中心線的變換規(guī)律為由s2段的入口至出口緩急相當(dāng)。
6、進一步的,所述進氣道中心體前端的外壓縮段采用一級壓縮錐+等熵壓縮面。進氣道中心體前端中心錐的前緣采用圓弧鈍化。進氣道唇罩的前緣采用非對稱鈍化。
7、進一步的,所述s2段的出口連接進氣道擴張段,進氣道擴張段采用五次曲線樣條設(shè)計。
8、本發(fā)明還采用一種軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道的設(shè)計方法,包括以下步驟:
9、(1)根據(jù)最小工作馬赫數(shù)條件下進氣道流量捕獲量確定進氣道唇罩初始位置,根據(jù)最小工作馬赫數(shù)條件下進氣道收縮比確定該工況下進氣道喉道面積;對進氣道內(nèi)通道進行s1段的s彎設(shè)計,s1段的中心線起點和終點切向水平,且變化規(guī)律采用前急后緩,s1段的面積的變化規(guī)律采用緩急相當(dāng);確定s1段內(nèi)型面與最小工作馬赫數(shù)喉道位置,s1段出口為最小工作馬赫數(shù)喉道位置;
10、(2)將進氣道唇罩后移至進氣道設(shè)計狀態(tài)位置,根據(jù)最大工作馬赫數(shù)條件下進氣道收縮比確定該工況下進氣道喉道面積,對進氣道內(nèi)通道進行s2段的s彎設(shè)計,s2段的中心線起點和終點切向水平,且變化規(guī)律采用緩急相當(dāng),s2段的面積的變化規(guī)律采用緩急相當(dāng);根據(jù)喉道和進氣道出口馬赫數(shù)的要求,確定s2段內(nèi)型面與最大工作馬赫數(shù)喉道位置;
11、(3)采用五次曲線樣條設(shè)計s2段后端的進氣道擴張段;
12、(4)連接s1段出口和s2段入口,s1段出口和s2段入口位于同一水平面,且截面面積相同。
13、進一步的,進氣道外壓縮段采用一級壓縮錐+等熵壓縮面的設(shè)計形式。為簡化可調(diào)機構(gòu),考慮可實現(xiàn)性與可操作性,采用唇罩喉道一體化設(shè)計。進氣道采用雙s彎與唇罩喉道一體化設(shè)計,同步實現(xiàn)唇罩前移與喉道面積增大,兼顧低馬赫數(shù)條件下增大沖壓發(fā)動機進氣道流量捕獲與氣流高效壓縮的需求。
14、有益效果:本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù),其顯著優(yōu)點是通過移動唇罩在確保進氣道高效壓縮、穩(wěn)定工作的前提下提高低馬赫數(shù)條件下進氣道的流量捕獲能力,需要的調(diào)節(jié)機構(gòu)簡單,可實現(xiàn)性與可操作性強。能有效增強進氣道的抗反壓能力,降低進氣道的自起動馬赫數(shù),滿足寬速域飛行工況下發(fā)動機對進氣道的氣動性能要求。
1.一種軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道,包括進氣道中心體、安裝在進氣道中心體外側(cè)的進氣道唇罩;所述進氣道中心體與進氣道唇罩之間為進氣道內(nèi)通道,其特征在于,所述進氣道內(nèi)通道為雙s彎形狀,包括平滑過渡連接的s1段和s2段,所述s1段和s2段的中心線起點與終點均切向水平,s1段和s2段具有不同的面積和中心線變化規(guī)律,當(dāng)進氣道唇罩前后移動時,進氣道喉道始終位于s2段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道,其特征在于,所述s1段與中心線垂直的面積的變化規(guī)律為由s1段的入口至出口緩急相當(dāng),所述s1段的中心線的變換規(guī)律為由s1段的入口至出口前急后緩。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道,其特征在于,所述s2段與中心線垂直的面積的變化規(guī)律為由s2段的入口至出口緩急相當(dāng),所述s2段的中心線的變換規(guī)律為由s2段的入口至出口緩急相當(dāng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道,其特征在于,所述進氣道中心體前端的外壓縮段采用一級壓縮錐+等熵壓縮面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道,其特征在于,所述進氣道中心體前端中心錐的前緣采用圓弧鈍化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道,其特征在于,所述進氣道唇罩的前緣采用非對稱鈍化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道,其特征在于,所述s2段的出口連接進氣道擴張段,進氣道擴張段采用五次曲線樣條設(shè)計。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道,其特征在于,還包括驅(qū)動進氣道唇罩前后移動的進氣道調(diào)節(jié)機構(gòu)。
9.一種軸對稱雙s彎沖壓發(fā)動機進氣道的設(shè)計方法,其特征在于,包括以下步驟:
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)計方法,其特征在于,進氣道外壓縮段采用一級壓縮錐+等熵壓縮面的設(shè)計形式。