[发明专利]一种具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道及方法

权利要求书

1.一种具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道，包括进气道第一S弯段和进气道第二S弯段，两者之间光滑连接；其特征在于：所述进气道第一S弯段和进气道第二S弯段的交界面为中间控制截面；所述中间控制截面作为第一S弯段的出口，同时作为第二S弯段的入口；

所述中间控制截面呈内凹形，由上、下、左、右四段相切的圆弧组成，其中上、下两段圆弧具有相同的圆心和圆心角，圆心位于截面上方；左、右两侧圆弧中心角为180°，形状尺寸相同，并且分别与上、下两段圆弧相切；所述中间控制截面的上段圆弧向进气道中心线下凹，使得进气道上方内表面与中间控制截面相对应位置形成内鼓包结构；

所述具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道的设计方法，步骤如下：

步骤一：确定进气道进、出口面形状；

首先，根据设计需求，确定进气道进、出口的形状；再确定进气道进口面积为A₁，进气道出口面积为A₂，进气道总长度为L；

步骤二：确定中间控制截面形状及位置；

首先，采用以下公式计算进气道进口到出口的面积变化规律：

其中，x为进气道中间任意截面距离进气道进口的轴向距离；A为距离进气道进口轴向距离为x处的管道横截面的面积；

然后，通过调整中间控制截面的位置，使得内鼓包进气道实现对出口截面的全方位遮挡，即确定为最终中间控制截面的位置；最后将确定的中间控制截面的轴向位置x带入式(1)，求出中间控制截面面积；

步骤三：获得进气道第一S弯段和进气道第二S弯段型面；

首先，采用以下公式得到进气道第一S弯和进气道第二S弯中心线变化规律：

式中，Δy为S弯管道的进出口截面中心偏距，x为截面距离S弯管道入口的轴向距离，y为x位置处截面的中心偏距；

然后，根据式(2)的中心线变化规律，采用基于曲率控制的方法，生成进气道第一S弯段和第二S弯段的型面。

2.根据权利要求1所述具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道，其特征在于：所述进气道第一S弯段入口为进气道喉道，出口为中间控制截面，气流在第一S弯管道内偏离轴向向下偏转，并在出口处恢复至轴向方向；所述进气道第二S弯段入口为中间控制截面，出口为进气道出口，与压气机入口相连，气流在第二S弯管道内偏离轴向向上偏转，并在出口处恢复至轴向方向。

3.根据权利要求1所述具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道，其特征在于：所述第一S弯段和第二S弯段的中心线在中间控制截面处相切，且斜率均为0。

4.根据权利要求1所述具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道，其特征在于：所述中间控制截面的上、下两段圆弧中心角取值为40°～70°之间。

5.根据权利要求1所述具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道，其特征在于：所述进气道第一S弯段与第二S弯段型面根据进出口面形状以及中心线变化规律，通过UG或CATIA三维建模软件直接扫掠生成，或采用基于曲率控制的方法生成中间多个截面的形状，进而生成所述进气道第一S弯段和进气道第二S弯段型面。

6.根据权利要求1所述具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道，其特征在于：所述步骤一中进气道进口形状为矩形，出口形状为圆形。

7.根据权利要求1所述具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道，其特征在于：所述中间控制截面位置选择在距离进气道进口x＝2/5L处。

8.根据权利要求1所述具有中间控制截面的内鼓包S弯进气道，其特征在于：所述中间控制截面的上下两段圆弧中心角为50°。