[发明专利]一种进气道斜切进口及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于无人机的气动设计领域，具体涉及一种无人机发动机的进气道斜切进口及其设计方法。

背景技术

无人机广泛用于战役及战略级侦察、监视等诸多领域。国内外对无人机开展了大量的研究。飞行器中进气道安装在机身背部靠后的位置，机身流场对进气道性能有着重大影响，所以在设计阶段要合理的确定前机身形状和进气道内管道形状，使两者相匹配，使进气道进口处能获得均匀的流场，满足进气道与发动机设计的要求。

在无人机的设计中，发动机进气道与飞机机体的综合设计是至关重要的，综合设计需要达到的主要目的有以下几项：1)尽量减小气流在进气道唇口处的流动角度；2)提供给发动机具有较高总压恢复的流场；3)在整个飞行包线内消除或减小由进气道带来的涡流及附面层吸入；4)尽量避免由进气道前方机身表面的突起物造成的紊流对进气道的负面影响。进气道与飞机机体的综合设计不但要能提供具有高总压恢复的流场以满足发动机推力的需求，还要使流场的畸变尽量小以保证发动机的稳定工作。

发动机进口流场畸变是现代飞机设计人员最关心的问题，一方面发动机前的进气道吸入了多种不稳定流，另一方面由于进气道本身的特点也会产生流场的不稳定。这些不稳定流可归结为以下几个方面：1)飞机在大迎角飞行中进气道唇口会产生气流分离；2)机身的边界层流被进气道吸入；3)飞机产生的漩涡及尾流被吸入进气道；4)进气道内部的二次流和可能存在的内流分离。目前，一般飞机采用直线斜切进口，在设计过程中都会遇到上述类似的问题，以致超出了发动机允许的使用极限，使飞机在飞行过程中会出现发动机喘振和推力下降现象。

发明内容

本发明目的是解决飞机在大迎角飞行中进气道唇口产生气流分离的问题，而提供了一种进气道的斜切进口及其设计方法。通过CFD仿真，有针对性地修改外形参数，优化外形，并分析这种进口如何改善S形进气道内流特性。

为达到以上目的，采用如下技术方案：

本发明一种进气道斜切进口，从下唇口前缘到上唇口前缘为曲线过渡，所述曲线一端端线与上唇口前缘水平线成90°，曲线另一端端线与下唇口前缘水平线成30°。

其设计方法步骤如下：

(1)建立进气道模型。

在CAD(计算机辅助设计)软件中，根据实际设计需要，建立一个进气道模型。

(2)建立直纹曲面模型。

在CAD(计算机辅助设计)软件中，通过生成线建立直纹曲面模型，所述直纹曲面的生成线是由三点构成的样条曲线，曲线一端端线与上唇口前缘水平线成90°，曲线另一端端线与下唇口前缘水平线成30°，中间点为控制点。

(3)建立初步斜切口模型。

采用斜切进口外形，通过两曲面相贯得到斜切进口模型，从下唇口前缘到上唇口前缘为曲线过渡，所述曲线是由两个曲面的相贯线构成，所述两个曲面为步骤(1)建立的进气道模型进口处曲面和步骤(2)所建立的直纹曲面。

(4)模拟与建模。

将CAD模型导入CFD软件中，进行S形进气道内流场的数值模拟，得到S形进气道进口流场图谱，如果仍产生气流分离，通过移动步骤(2)所述控制点修改直纹曲面生成线形状，重复步骤(2)至步骤(4)，直到气流没有分离为止。

本发明的优点在于：

(1)利用本发法设计的S形进气道斜切进口，经验证具有较好的气动特性，总压恢复系数较高，稳态畸变指数处在较小的量级上，能够满足工程实际的需要。

(2)将CAD与CFD方法相结合，先利用CAD方法设计进气道斜切进口外形，之后采用CFD方法模拟进气道内流场，有效提高设计效率，缩短设计周期。

附图说明

图1本发明一种进气道斜切进口外形；

图2本发明提供的进气道斜切进口外形设计方法的流程图；

图3大迎角状态下进气道斜切进口处流场；

图4地面吸气状态下进气道斜切进口处流场。

图中：1.上唇口；2.下唇口；3.控制点。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明一种进气道斜切进口，从下唇口2前缘到上唇口1前缘为曲线过渡，所述曲线一端端线与上唇口1前缘水平线成90°，曲线另一端端线与下唇口2前缘水平线成30°，斜切口外形轮廓如图1所示。

其设计方法的设计流程图如图2所示，具体步骤如下：

(1)建立进气道模型。