[发明专利]一种低阻高效的超燃冲压发动机推力室一体化设计方法

权利要求书

1.一种低阻高效的超燃冲压发动机推力室一体化设计方法，所述低阻高效的超燃冲压发动机推力室包括沿发动机来流方向依次相连的燃烧室壁面、凹腔前缘壁面、凹腔底壁面、第一压缩段壁面、第二压缩段壁面、第一扩张段壁面与第二扩张段壁面；

所述第一压缩段壁面的型线与第二扩张段壁面的型线均为样条曲线，所述第二压缩段壁面的型线与第一扩张段壁面的型线为半径相等的圆弧线；

所述凹腔底壁面与第一压缩段壁面之间、第一压缩段壁面与第二压缩段壁面之间、第二压缩段壁面与第一扩张段壁面之间、第一扩张段壁面与第二扩张段壁面之间均为平滑相连；

所述第一压缩段壁面的型线为二阶连续可导的样条曲线，所述第一压缩段壁面的型线一端的一阶导数、二阶导数与凹腔底壁面对应端的一阶导数、二阶导数相等，所述第一压缩段壁面的型线另一端的一阶导数、二阶导数与第二压缩段壁面对应端的一阶导数、二阶导数相等；

所述凹腔前缘壁面的型线与凹腔底壁面的型线均为直线，所述凹腔底壁面的型线与燃烧室壁面的型线平行，所述凹腔前缘壁面的型线与凹腔底壁面的型线、燃烧室壁面的型线均垂直相连；

其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：

步骤1，给定凹腔前缘壁面的深度与凹腔的轴向总长，其中，凹腔的轴向总长为凹腔底壁面、第一压缩段壁面与第二压缩段壁面的轴向长度和；

步骤2，基于发动机来流方向的空气参数、燃烧室的入口尺寸、凹腔前缘壁面的深度与凹腔的轴向总长进行数值仿真，并基于数值仿真结果得到凹腔中回流区的长度，即得到凹腔底壁面的轴向长度，并基于凹腔的轴向总长与凹腔底壁面的轴向长度得到第一压缩段壁面与第二压缩段壁面的轴向长度和；

步骤3，基于发动机来流方向的空气参数得到推力室的喉部高度，其中，喉部为第二压缩段壁面与第一扩张段壁面之间的连接处；

步骤4，选取二阶连续可导的样条曲线为第一压缩段壁面的型线、选取圆弧线为第二压缩壁面的型线，并基于喉部高度得到第二压缩壁面的型线半径，结合第二压缩壁面的偏转角得到第一压缩段壁面、第二压缩段壁面的轴向长度，以及第一压缩段壁面的型线的曲线构型；

步骤5，基于发动机设计的结构约束得到推力室的轴向总长，并基于推力室的轴向总长、第一压缩段壁面的轴向长度、第二压缩段壁面的轴向长度得到扩张段的轴向总长，其中，推力室的轴向总长为第一压缩段壁面、第二压缩段壁面、第一扩张段壁面与第二扩张段壁面的轴向长度和，扩张段的轴向总长为第一扩张段壁面与第二扩张段壁面轴向长度和，第一扩张段壁面的型线为圆弧线且其半径与第二压缩壁面的型线半径相等，第一扩张段壁面的轴向长度与第二压缩段壁面的轴向长度相等；

步骤6，基于喉部流动参数，扩张段的轴向总长、喉部高度与推力室出口尺寸约束得到第二扩张段壁面的轴向长度与型线构型；

步骤3中，所述基于发动机来流方向的空气参数得到推力室的喉部高度，具体为：

式中，为推力室的喉部高度；为发动机流量、T₀为燃烧室总温度、P₀为燃烧室压力、M为推力室喉部设计马赫数、R为气体常数、为比热比；

步骤6中，喉部流动参数包括喉部温度与喉部压力，具体为：

式中，T为喉部温度，p为喉部压力，T₀为燃烧室总温度、P₀为燃烧室压力。