[发明专利]基于双入射弯曲激波的宽速域进气道设计方法

权利要求书

1.基于双入射弯曲激波的宽速域进气道设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据设计要求指定双入射弯曲激波基准流场两道三维入射激波，三维入射激波采用弯曲轴对称形状设计；

2）将步骤1）中三维弯曲入射激波离散为一系列参考平面，在参考平面内根据入射激波角，激波曲率以及波后参数，利用弯曲激波理论并结合两级压缩理论求解对应的双入射弯曲激波基准流场；

3）根据步骤2）中双入射弯曲激波基准流场设计三维内转两级曲面压缩型面：在设计马赫数来流条件下，选取两道弯曲入射激波交点为唇罩点；通过给定宽速域进气道初始喉道截面型线为类矩形型线，在该基准流场中对初始喉道截面型线进行逆流向流线追踪得到初始进气道压缩型面，该型面由基准流场所决定，为三维内转两级曲面压缩型面；

4）设计进气道隔离段：该宽速域进气道为单涡轮通道；使用“双S弯”形式的三次样条曲线作为涡轮通道扩张段的中心线，根据进气道总长度要求以及扩张比需求设计扩张段出口位置及截面面积，截面形状为圆形，将步骤3）中初始喉道截面型线沿涡轮通道扩张段的中心线拉伸至进气道隔离段上壁面曲线二次导数为零的位置，此位置也将是在步骤6）中第二级分流板转轴所设计的位置；之后通过调节类矩形倒角的半径实现后部涡轮通道扩张段的面积变化为类矩形转圆的平缓过渡，扩张通道转平之后再将其等直拉伸至设计出口位置，从而得到整个进气道隔离段理想型面；

5）设计第一级分流板：首先对步骤4）中得到的整个进气道理想型面进行壁面光顺及粘性修正；然后取第一级压缩型面与第二级压缩型面的交线并作直线处理后作为第一级分流板的转轴，整个第二级压缩型面上壁面作为第一级分流板，并取第二级压缩型面压缩角为第一级分流板开启的极限角度，第一级分流板转至与第一级压缩型面连接端相切的位置即为第一级分流板的上极限位置；

6）设计第二级分流板：取步骤4）中进气道隔离段上壁面曲线的二次导数为零的位置作为第二级分流板的转轴位置，取该转轴至进气道初始喉道截面处的扩张段上壁面作为第二级分流板，其下极限位置由设计实际喉道面积所决定，其转动角度根据满足起动性能及泄除多余流量的需求决定；

7）设计初始泄流口面积和实际喉道截面面积：考虑到粘性附面层厚度和泄除激波边界层干扰产生的低能流，在设计马赫数来流条件下，设计初始泄流口面积为5%的初始喉道面积，剩余为实际喉道截面面积，通过改变喉道高度方式实现，不改变喉道截面型线形状，具体为将第二级分流板向下偏转对应角度，该角度由实际喉道截面面积决定，也即第二级分流板的下极限位置。

2.如权利要求1所述的基于双入射弯曲激波的宽速域进气道设计方法，其特征在于：在步骤5）中，设计的第一级分流板保留基准流场第二级压缩型面的基本特征，即沿展向和流向均弯曲的型面。

3.如权利要求1所述的基于双入射弯曲激波的宽速域进气道设计方法，其特征在于：在步骤6）中，设计的第二级分流板形状仅沿流向弯曲，其长度与第一级分流板相匹配。

4.如权利要求1所述的基于双入射弯曲激波的宽速域进气道设计方法，其特征在于：在步骤5）和6）中，设计两级分流板的运动方式均为匀速运动。

5.基于双入射弯曲激波的宽速域进气道，其特征在于：包括进气道外压段、涡轮通道隔离段和分流板；所述涡轮通道隔离段包括依次连接的涡轮通道扩张段和涡轮通道等直段，涡轮通道扩张段入口为类矩形型面，涡轮通道扩张段的出口为圆形型面；所述分流板包括第一级分流板和第二级分流板，第一级分流板的转轴设于进气道第一级压缩型面的末端位置，另一端为自由端；所述第二级分流板的转轴设于进气道涡轮通道上壁面曲线的二次导数为零的位置，另一端为自由端；其中，当进气道的工作状态从设计点转到非设计点时，两级分流板联动配合，分别绕转轴向上匀速运动，根据满足起动性能及泄除多余流量的需求，两级分流板运动到匹配当前工况的最佳位置。

6.如权利要求5所述的基于双入射弯曲激波的宽速域进气道，其特征在于：所述进气道外压段依据双入射弯曲激波基准流场得到，包括进气道第一级压缩型面和进气道第二级压缩型面；所述第二级压缩段上壁面为第一级分流板，第一级分流板的转动角度为进气道外压段第二级压缩楔角，此角度两极分别对应为第一级分流板的下极限位置和完全开启的上极限位置。

7.如权利要求5所述的基于双入射弯曲激波的宽速域进气道，其特征在于：所述涡轮通道扩张段包括从初始喉道截面处到第二级分流板转轴处的类矩形扩张段和依次连接的类矩形转圆扩张段；涡轮通道类矩形扩张段上壁面为第二级分流板，其上极限位置为当第一级分流板处于上极限位置时，通过唇罩口自动溢流和泄流口主动泄流后消除喉道内激波边界层干扰并有最佳捕获流量的位置，其下极限位置由实际喉道面积所决定；涡轮通道类矩形转圆扩张段是通过面积均匀过渡生成。