[发明专利]一种利用柔性壁面提升进气道起动性能的流动控制方法

说明书

一种利用柔性壁面提升进气道起动性能的流动控制方法，涉及冲压发动机进气道。根据进气道不起动时流场压力振荡频率及振幅确定柔性材料的选型；根据进气道不起动时压缩段入口处气流分离区大小确定柔性壁面尺寸；根据气流分离区初始位置确定柔性壁面的安装初始位置。当进气道不起动时，流场压力周期性振荡，驱使柔性壁面产生微小的振荡，使得振荡流场能量向柔性壁面进行转移及耗散，从而实现对流场振荡的抑制，达到提升高超声速进气道起动特性的目的。通过柔性壁面跟随流场振荡，实现对流场振荡的抑制，能提高高超声速进气道起动特性；结构简单、控制效果明显且工程应用潜力大。

技术领域

本发明涉及冲压发动机进气道，尤其是涉及一种利用柔性壁面提升进气道起动性能的流动控制方法。

背景技术

高超声速进气道作为冲压发动机首当其冲的气动部件，其性能的好坏直接影响整个推进系统的工作特性。进气道处于稳定起动状态是高超推进系统能够正常工作的前提，进气道处于不起动状态时将导致燃烧室熄火等现象，飞行器难以保持高超声速飞行状态。因此，起动性能是高超声速进气道的关键参数之一，对冲压发动机的设计有重要意义。

导致进气道不起动的因素很多，如飞行马赫数低于进气道自起动马赫数、飞行攻角过大、燃烧室反压过高等。国内外学者针对进气道起动特性的改善已开展许多工作，其改善措施可分为两方面：一方面是优化设计进气道，引入可调节进气道概念，改善进气道内的激波分布；另一方面则是在进气道内引入流动控制技术。目前研究表明单纯依靠进气道设计已难以满足宽速域高超声速进气道的起动要求，有必要在进气道内采用流动控制技术。进气道内典型的主动控制有边界层主动抽吸/吹除、磁流体控制等，被动流动控制有开槽/缝、凹腔、涡流发生器、强制转捩装置等。主动流动控制可以在进气道工作过程中根据具体流场情况调节控制方案，使进气道起动特性及设计点性能有明显的改善，控制效果显著，但一般会带来结构复杂、重量大等问题。被动控制特点是结构简单、工程适应性强，但在有些情况下会产生一些不利的“副作用”。

目前进气道内流动控制更多地针对稳态流动特性，瞄准不起动状态下进气道唇口附近的分离或者激波/附面层干扰进行流场控制，其控制原理基于定常控制思路。但是目前高超声速进气道的研究表明，在不起动过程进气道内会产生明显的非定常流场振荡现象，存在分离包振荡-小喘振-大喘振的动态演化特征(王卫星，郭荣伟.低于自起动马赫数时高超进气道的非定常流动特性.航空学报，2012,27(12):2733-2741)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有进气道流动控制技术存在的上述缺陷，提供一种利用柔性壁面提升进气道起动性能的流动控制方法。

本发明包括以下步骤：

1)根据进气道不起动时流场压力振荡频率及振幅确定柔性材料的选型；

2)根据进气道不起动时压缩段入口处气流分离区大小确定柔性壁面尺寸；

3)根据气流分离区初始位置确定柔性壁面的安装初始位置。

所述柔性壁面由柔性材料和铰链构成，柔性壁面安装于冲压发动机进气道压缩段与唇罩之间，通过铰链与其前后部件进行连接，能够跟随进气道流场压力振荡进行微小的振荡。

当进气道不起动时，流场压力周期性振荡，驱使柔性壁面产生微小的振荡，使得振荡流场能量向柔性壁面进行转移及耗散，从而实现对流场振荡的抑制，达到提升高超声速进气道起动特性的目的。

本发明的工作原理为：在进气道压缩段入口附近安装柔性壁面，利用进气道在不起动状态下的流场压力周期性振荡，驱使柔性壁面产生微小的振荡，使得振荡流场能量向柔性壁面进行转移及耗散，产生流场振荡“阻尼器”的效果，从而实现对流场振荡的抑制，达到提升高超声速进气道起动特性的目的。