[发明专利]高流量捕获能力变几何轴对称进气道

说明书

本发明提供了一种高流量捕获能力变几何轴对称进气道，解决现有进气道无法同时兼具高超声速动力宽范围、高流量捕获能力发展设计要求的问题。高流量捕获能力变几何轴对称进气道包括中心锥以及唇口；中心锥和唇口均为回转体，且中心锥同轴套设在唇口内，并可沿轴向在唇口内相对滑动，以实现激波贴口，使得面积收缩比、气动压缩量与来流马赫数达到良好匹配。本发明进气道具备宽范围(Ma0～6+)工作，高流量捕获能力(如Ma1.5～6+范围，流量系数大于0.98)，可有力缓解当前高超声速动力宽范围发展的迫切需求。其可在Ma0～6+工作范围内正常工作，并在超声速段(如Ma1.5～6+)范围实现几乎流量全捕获，同时可匹配良好的压缩量，总体性能良好。

技术领域

本发明属于进气道技术领域，具体涉及一种具有高流量捕获能力的变几何轴对称进气道。

背景技术

自上世纪60年代至今，吸气式高超声速动力技术取得了长足发展，形成了一系列重大成果。目前，高超声速动力发展出多种形式，如典型的超燃冲压发动机，以及多种组合循环发动机，如RBCC发动机、TBCC发动机以及预冷组合循环发动机等。

随着高超声速技术的工程化进程，对发动机的工作范围、性能等方面提出了更高的要求。在这种情况下，发动机的各个关键部件也需要进一步的提升各项性能。进气道作为吸气式高超声速动力的关键部件之一，应拓展工作范围，提升捕获能力，优化各方面的性能。

然而，传统的进气道在拓展工作范围的同时往往是以牺牲非设计点流量捕获能力为代价的，两者无法同时拓展；并且，传统的进气道均有明确的设计点(即额定工作工况)，在设计点可以实现流量全捕获，但是在非设计点性能严重下降。

由此，亟需设计一种新的进气道，在具备宽范围工作的情况下，同时具有高流量捕获能力，以满足更高的设计要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有进气道无法同时兼具高超声速动力宽范围、高流量捕获能力发展设计要求的不足之处，而提供了一种高流量捕获能力变几何轴对称进气道。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

高流量捕获能力变几何轴对称进气道，其特殊之处在于，包括中心锥、以及唇口；

所述中心锥和唇口均为回转体，且中心锥同轴套设在唇口内，并可沿轴向在唇口内相对滑动，以实现激波贴口，使得面积收缩比、气动压缩量与来流马赫数达到良好匹配；

该变几何轴对称进气道的型面由中心锥压缩面和唇口压缩面构成；

建立直角坐标系，定义进气道的轴向为X轴，径向为Y轴；

所述中心锥压缩面包括依次连接的外压段和内压段；

所述外压段采用曲面压缩设计，设计公式参见公式(1)：

y＝kxⁿ+tanθ·x (1)

其中，k为系数，可对幂指数函数xⁿ进行比例变换，一般小于1；

n为指数，其大小取决于外压段的设计线型；对于曲面压缩取凹线型，n＞1；而n＜1时，为凸线型；n＝1时，为直线型；

θ为中心锥压缩面的初始半锥角，其大小取决于进气道的工作马赫数范围；

外压段终点由最大压缩角θ_max确定；最大压缩角θ_max根据进气道的压缩量确定，与工作范围有关；

通过上述设计可有效缩短中心锥压缩面外压段长度，提高进气道的总压恢复，同时提高进气道的攻角、侧滑角适应能力。

内压段采用曲面设计，设计公式参见公式(2)：