[发明专利]一种非均匀压缩系统及其设计方法

说明书

本发明公开了一种非均匀压缩系统及其设计方法，该方法采用定几何型面压缩结合化学反应释热气动压缩的设计方法，减小发动机对进气道几何型面压缩量的需求，拓展定几何进气道在宽速域下的气动性能。

技术领域

本发明属于冲压发动机设计技术领域，尤其涉及一种非均匀压缩系统及其设计方法。

背景技术

由于可以利用外界大气中的氧化剂进行燃烧，吸气式发动机比火箭发动机具有更高的比冲和更好的经济性。来流通过进气道、压气机压缩减速加压，供给燃烧室与燃料混合进行燃烧，加温、加压后通过喷管膨胀加速喷出从而产生推力。随着飞行马赫数的提高，来流总温、总压急剧增加，仅依靠高速气流自身的滞止就能获得较高的压比，压气机和涡轮就可以省去，此时发动机包含进气道、燃烧室、尾喷管三大部件，称为冲压发动机。一般来说，飞行马赫数在3以上时，吸气式飞行器采用冲压发动机来提供推力。

现在工程使用的冲压发动机是基于均匀压缩概念，即假定燃烧室进口截面流场均匀，气流压缩全靠进气系统完成。因此在宽速域飞行条件下为了达到最优比冲，进气系统在设计时需要满足收缩比(CR)的巨大变化，如在Ma＝5.0时最优CR为13，在Ma＝10.0时最优CR为30。解决这一问题通常采用的方法是将进排气系统设计成几何可调。与固定几何冲压发动机相比，可调几何冲压发动机不可避免地面临机械结构重量增加、结构强度降低、调节控制复杂等一系列问题。面对超声速乃至高超声速飞行条件下严酷的来流条件，定几何结构是一种非常理想的选择。而均匀压缩概念下的定几何结构设计在宽速域飞行范围内无法同时满足低马赫数飞行时的低压缩需求和高马赫数飞行的高压缩需求。因此，要使得定几何冲压发动机能在宽速域范围内高效可靠地运行，需要跳出均匀压缩设计定几何进气道的思维，基于非均匀气动压缩的思想发展一种新的压缩系统。

发明内容

发明目的

本发明针对传统定几何进气道在宽速域范围内无法同时满足低马赫数飞行时的低压缩需求和高马赫数飞行时的高压缩需求这一问题，提出了一种非均匀气动压缩系统及其设计方法，采用气动压缩与进气道定几何压缩相结合的方式，减小对进气道几何型面压缩量的需求，拓展定几何进气道在宽速域下的气动性能。

发明技术解决方案

一种非均匀压缩系统的设计方法，该方法采用定几何型面压缩结合化学反应释热气动压缩。

优选的，包括如下步骤：

第一步：在飞行包线内选取一个来流马赫数作为设计点设计进气道几何型面，进气道包含高压缩区域和低压缩区域，设计后的几何型面应满足设计点及飞行包线内设计点马赫数以下动力装置对于进气道的性能要求；

第二步：针对飞行包线内除第一步中选定的设计点马赫数以上的来流马赫数，设计气动压缩方案。

优选的，第二步中的气动压缩方案具体为：在进气道壁面布置燃油喷嘴，燃油喷嘴能够向进气道内喷射燃料，燃料与空气混合燃烧产生压缩波对气流进行压缩。

一种非均匀压缩系统，该系统的主体为进口截面面积大于出口截面面积的进气道；进气道的底面由角度不同的线或面构成；进气道的进口端端面两侧高度不同；进气道内壁面设置有燃料喷嘴。

优选的，进气道的进口端端面高度较高一侧与其对应的出口端高度之比能够使来流产生足够的压缩来使进气道内的可燃混气自燃。

优选的，燃料喷嘴的数量为一个或多个。

优选的，燃料喷嘴中轴线与进气道的内壁面垂直或呈一定角度。

优选的，采用的燃料喷嘴包括旋流雾化喷嘴、同轴喷嘴、气动雾化喷嘴。

本发明的优点：