[发明专利]一种三维曲面导流通道、导焰舱及导流通道的设计方法

说明书

本发明提供了一种三维曲面导流通道、导焰舱及导流通道的设计方法，该导流通道前端的导流通道入口与飞行器喷管的出口相连，后端与助推器相连；导流通道包括中心尖劈和位于尖劈两侧的两组侧板、顶板和底板，所述尖劈为对称的V形壳体结构，尖劈头部为位于导流通道入口的直线形结构，将导流通道入口分隔为两部分，尖劈两翼为外凸弧面结构，两翼张开且尾部成圆弧结构，用于与助推器相连；两翼分别与侧板、顶板和底板围成导流通道的两个内流道，冷态气流及高温燃气经分隔后的导流通道入口进入两侧的内流道后排出。本发明三维外凸式中心锥导流通道构型，能顺利将飞行器喷管的冷态气流及高温燃气顺利导出，显著提高质量流率及流量，降低飞行器阻力。

技术领域

本发明属于导流通道设计技术领域，特别涉及一种三维曲面导流通道、导焰舱及导流通道的设计方法。

背景技术

带助推器的吸气式高超声速飞行器，为防止飞行器进气道低频脉动造成结构破坏，一般采用进气道保护罩或导流级间段的方式。若考虑在助推段验证吸气式发动机动力性能，就只能采用导流级间段设计，使整个飞行器处于内流道通流状态，一旦导流通道在冷态条件下无法正常导流而造成内流道堵塞，将影响来流进气而使发动机无法启动；发动机点火后(热态)，需要导流通道对发动机喷流顺利导流，一旦喷流无法导出内流道而造成堵塞，将影响发动机的工作。

导流通道为异型结构，受内外流共同作用影响，流道内存在激波边界层干扰流动复杂现象，容易产生分离涡，存在堵塞的风险，因此有必要对导流通道及其通流能力进行详细的优化设计。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种三维曲面导流通道及其设计方法，使导流通道兼顾冷、热态导流要求，即顺利将飞行器喷管的冷态气流及高温燃气顺利导出，同时满足飞行器和助推器的分离、热环境、结构等方面的要求，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，一种三维曲面导流通道，该导流通道前端的导流通道入口与飞行器喷管的出口相连，后端与助推器相连；

导流通道包括中心尖劈和位于尖劈两侧的两组侧板、顶板和底板，所述尖劈为对称的V形壳体结构，尖劈头部为位于导流通道入口的直线形结构，将导流通道入口分隔为两部分，尖劈两翼为外凸弧面结构，两翼张开且尾部成圆弧结构，用于与助推器相连；两翼分别与侧板、顶板和底板围成导流通道的两个内流道，冷态气流及高温燃气经分隔后的导流通道入口进入两侧的内流道后排出。

第二方面，一种导焰舱，包括上述第一方面所述的导流通道，导焰舱前端面与飞行器底端面共型，后端面与助推器相连，导流通道的尖劈位于导焰舱的中部，支撑导焰舱上下外表面与飞行器和助推器光滑过渡，导流通道的内流道位于导焰舱的两侧，实施飞行器发动机冷态气流及高速高温气流导出。

第三方面，一种三维曲面导流通道的设计方法，包括以下步骤：

步骤(1)，根据飞行器喷管及助推器尺寸确定导流通道的入口及出口尺寸；

步骤(2)，根据导流通道入口及出口确定导流通道几何构型，其中，导流通道包括中心尖劈和位于尖劈两侧的两组侧板、顶板和底板，所述尖劈为对称的V形壳体结构，头部为位于导流通道入口的直线形结构，将导流通道入口分隔为两部分，两翼张开使尾部成圆弧结构，用于与助推器相连；两翼曲面分别与两组侧板、顶板和底板围成导流通道的两个内流道；

步骤(3)，对导流通道的内通道开展冷态、热态流动精细化数值模拟，验证设计方案有无激波/边界层干扰，有无分离涡，并监控出口流量，确定是否满足设计指标；若无法满足设计指标要求，则返回第(2)步重新确定导流通道几何构型，直至满足设计指标；

步骤(4)，根据加工工及结构连接艺要求，对方案进行适应性修改并开展冷态、热态流动精细化数值模拟，在满足步骤(3)设计指标前提下同时满足加工工艺及结构连接要求，确定最终导流通道设计方案。