[发明专利]局部粒子投放的进气道内激波诱导分离控制方法与装置

说明书

本发明公开了一种局部粒子投放的进气道内激波诱导分离控制方法与装置。通过在激波/边界层干扰区上游壁面向边界层内注入固体粒子，固体粒子随流加速至和流体相同的速度，利用固体粒子穿过激波后的弛豫效应向激波后低速流体注入动量以控制分离。在飞行马赫数较高时，注入的低温粒子还可以冷却近壁面流体，起到热防护的作用。本发明通过注入固体粒子来控制进气道内的流动分离，避免了边界层放气控制法带来的热防护问题且不损失捕获流量，为高马赫数下工作的进气道提供了一种新的流动控制方法。

技术领域

本发明属于超声速/高超声速进气道流动控制领域，特别是应用于控制激波/边界层干扰诱导流动分离的控制方法与装置。

背景技术

超声速/高超声速进气道是吸气式高速飞行器的重要部件，其位于高速吸气式推进系统的最前端，具有捕获并调节空气流量、转化与利用来流动能、调节流速大小与均匀性、隔离上下游扰动等多项功能，对推进系统的工作效率和包线有着直接影响。作为高超声速飞行器理想动力装置的冲压发动机，其总推力的50％以上更是来源于复杂的进排气系统。

由于超声速/高超声速进气道主要借助激波系来实现对捕获气体的减速增压，因而激波主导的流动是进气道内的核心流动现象之一，尤其是激波/边界层干扰现象。进气道内的激波/边界层干扰会降低进气道的总压恢复，增强流场畸变。当激波/边界层干扰诱导分离时，还会降低进气道的流通能力，严重时会造成进气道不起动甚至发动机熄火，因而流动分离的控制十分重要。

提高边界层内流体动量或降低逆压梯度都可以抑制分离。传统控制方法有斜坡式涡流发生器、等离子体合成射流、壁面鼓包控制法以及边界层放气等。这些传统方法虽有一定的控制效果，但也存在明显的缺点。涡流发生器会产生寄生阻力且在高速气流冲击下易损坏，等离子体合成射流的实用性受限于激励器体积及其他机载设备电磁兼容性，鼓包控制法在宽速域工况下控制效果弱，边界层放气会损失捕获流量、产生放气阻力并在高马赫数下带来难以避免的热防护问题。

发明内容

发明目的：本发明公开了一种局部粒子投放的进气道内激波诱导分离控制方法及控制装置。可通过向边界层内注入固体粒子，达到抑制分离的效果。这种新的流动控制方式避免了边界层放气带来的热防护问题且不会损失捕获流量。

本发明同时提供使用该进气道内激波诱导分离控制装置的进气道。

技术方案：

本发明提供的局部粒子投放的进气道内激波诱导分离控制装置可采用以下技术方案。

一种局部粒子投放的进气道内激波诱导分离控制装置，包括进气道压缩面，还包括位于进气道压缩面内部的粒子投放装置；所述粒子投放装置包括若干预置有固体粒子的管状粒子容器、位于管状粒子容器中的活塞、用于开闭管状粒子容器的开关；所述进气道压缩面上设有若干与管状粒子容器一一对应的粒子投放口，开关控制粒子投放口与管状粒子容器内部的连通或封闭，当粒子投放口与管状粒子容器内部的连通时，活塞推动管状粒子容器的固体粒子通过粒子投放口向外排出。

进一步的，开关包括板体及控制板体移动的驱动器，所述驱动器安装于进气道压缩面的内部；板体位于管状粒子容器出口与粒子投放口之间，且板体上设有若干中间通道，当板体移动至中间通道位于粒子投放口与管状粒子容器出口之间时，粒子投放口与管状粒子容器出口通过中间通道连通，当板体移动至板体封闭部分位于粒子投放口与管状粒子容器出口之间时，粒子投放口与管状粒子容器出口封闭。

进一步的，所述进气道压缩面的内部还设有驱动活塞的丝杆电机，所述活塞与丝杆电机之间通过推杆连接。

进一步的，所述固体粒子直径范围为100nm-20μm。