一种捕获面积与喉道面积同步调节的超声速进气道及其控制方法和设计方法技术

本发明专利技术公开了一种捕获面积与喉道面积同步调节的超声速进气道，通过设置可动喉道段调节喉道面积，同时在唇罩前端设置转动罩体，能够调节捕获面积，从而实现进气道捕获面积与喉道面积可同步调节的效果。同时本发明专利技术还提供了上述进气道的控制方法以及设计方法。本发明专利技术极大地简化了进气道的作动系统、控制系统，显著降低附件系统的重量，并可实现宽包线范围内进气道的性能保持较优状态。

【技术实现步骤摘要】
一种捕获面积与喉道面积同步调节的超声速进气道
本专利技术涉及飞行器设计领域，尤其是一种发动机进气道。
技术介绍
进气道作为吸气式推进系统的主要部件之一，其主要功能之一便是为发动机提供所需的空气流量。只有进气道与发动机相互配合，才能使推进系统高效地工作。进气道与发动机的流量匹配不仅要在设计状态满足，而且也应保证在非设计状态尽量得到满足。对于超声速飞行器来说，从起飞到超声速巡航和最大速度飞行，飞行马赫数和飞行高度变化很广，发动机的工作状态变化范围很大，导致发动机所需的流量变化也很大。但是传统的定几何超声速进气道对于空气流量的捕获有一定的限制。因此，超声速进气道所能提供的空气流量与发动机所需的空气流量往往不协调，矛盾比较突出，导致动力装置性能恶化。对于超声速飞行器，一般选择最大飞行马赫数为设计状态，以保证有足够的推力满足最大速度飞行的要求。在飞行马赫数小于设计马赫数，即M0<MD时，进气道捕获流量一般小于发动机所需的流量，供需流量系数的关系为φ供<φ需，(φ为流量系数)进气道工作在超临界状态，喉道后方的结尾激波变强，导致总压恢复系数降低，同时增大了出口流场畸变，甚至可能出现痒振。而且当飞行马赫数M0下降时，按照设计状态确定的喉道面积At,d显得太小，造成喉道壅塞，进气道进口前形成弓形激波，使φ供进一步下降，加剧了进气道的超临界程度。为了保证进气道与发动机匹配，保证动力装置的性能水平，当M0<MD时，由于φ供<φ需，进气道捕获流量小于发动机所需流量，需要通过进气道调节增大捕获面积A0与流量系数φ供，同时相应地放大喉道面积At。专利技术专利CN104632411A中公开了一种“采用二元变几何方式的内乘波型涡轮基组合动力进气道”，通过驱动喉道段上壁面以改变喉道面积，进而改变内收缩比，保证了进气道压缩性能，但是单一调节喉道面积，并不能保证发动机在不同工况下的流量需求；专利技术专利CN102705081A提出了一种“二元高超声速变几何进气道及设计方法与工作方式”，通过唇罩的水平移动而改变捕获面积，实现了高、低马赫数时的内收缩比调节与不同来流条件下的流量调节，但是并未对喉道面积进行调节，容易造成喉道壅塞，且无法保证进气道的压缩量。由此可见，现有的变几何方案均以单独调节喉道面积At或者捕获面积A0为主，并不能保证捕获面积与喉道面积的同步调节，调节效率较低。因此需要设计一种使得捕获面积和喉道面积可同步调节的超声速进气道，以保证进气道捕获流量和发动机所需流量相匹配，且不会造成喉道壅塞。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种对超声速进气道捕获面积与喉道面积的同步调节的进气道的技术方案。本专利技术还提供了上述进气道的控制方法的技术方案。本专利技术还提供了上述进气道的设计方法的技术方案。为了达到上述目的，本专利技术捕获面积与喉道面积可同步调节的超声速进气道采用的技术方案如下：一种捕获面积与喉道面积同步调节的超声速进气道，包括位于进气道入口处内侧的第一级压缩面、自第一级压缩面向后延伸的第二级压缩面、位于进气道入口处外侧的唇罩、铰接于第二级压缩面后端并向后延伸的可动内收缩段、铰接于可动内收缩段后端并向后延伸的可动喉道段、铰接于可动喉道段后端并向后延伸的可动扩压段；所述唇罩包括位于后端的固定罩体及铰接于固定罩体前端并向前延伸的转动罩体，所述转动罩体自与固定罩体的铰接点处向内转动或者向外转动。有益效果：本专利技术提供的一种捕获面积与喉道面积可同步调节的超声速进气道，通过设置可动喉道段调节喉道面积，同时在唇罩前端设置转动罩体，能够调节捕获面积，从而实现进气道捕获面积与喉道面积可同步调节的效果。进一步的，在上述超声速进气道的基础上，本专利技术给出了能够实现通过同一个驱动装置对超声速进气道捕获面积与喉道面积的同步调节的附加技术特征：所述可动喉道段的内侧与至少一个转动臂的一端铰接，转动臂的另一端端与位于可动喉道段内侧并前后延伸的推杆铰接，推杆的后端与驱动装置相连；还设有与推杆前端连接的倾斜滑槽、连接倾斜滑槽与转动罩体的唇罩支撑杆，所述倾斜滑槽包括第一水平槽、第二水平槽及连通第一水平槽与第二水平槽倾斜槽，所述第一水平槽与推杆连接，且第一水平槽相较第二水平槽更靠外；所述唇罩支撑杆的一端设有位于倾斜滑槽中的滑块，唇罩支撑杆的另一端连接转动罩体；所述倾斜滑槽的前端通过导轨限位在导轨槽中；当驱动装置带动推杆向前滑动过程中，推杆通过转动臂带动可动喉道段自最外拱起位置向内拉回，即进气道喉道面积自最小变为最大；推杆向前滑动同时推动倾斜滑槽向前移动使滑块向倾斜滑槽与推杆连接的一端移动，从而使唇罩支撑杆向外推动转动罩体自与固定罩体的铰接点处向外转动，在该过程中当唇罩支撑杆的滑块在第一水平槽与第二水平槽中移动时，转动罩体不转动；当驱动装置带动推杆自最前位置向后滑动的过程中，推杆通过转动臂带动可动喉道段向外拱起，当推杆滑动至最后位置时，可动喉道段位于最外拱起位置，此时转动臂与推杆相互垂直；推杆向后滑动同时拉动倾斜滑槽向后移动使滑块向倾斜滑槽的前端移动，从而使唇罩支撑杆向内拉动转动罩体自与固定罩体的铰接点处向内转动，在该过程中当唇罩支撑杆的滑块在第一水平槽与第二水平槽中移动时，转动罩体不转动。上述的附加技术特征通过在喉道面积调节系统的水平推杆左侧设计倾斜滑槽，使得与转动唇罩支撑杆相连接的滑块在倾斜滑槽中作相对运动。当驱动水平推杆左右运动时，既可带动喉道下壁面运动调节喉道面积，又可以通过倾斜滑槽带动滑块的上下移动驱动唇罩的转动调节捕获面积，从而实现了用一套驱动机构对超声速进气道捕获面积与喉道面积的同步调节。基于飞行器的工作包线及发动机在飞行包线内的流量变化规律分别确定喉道面积和捕获面积的调节规律设计倾斜滑槽的几何形状(如上述的包括两个水平槽及中间倾斜槽的几何形状)，即可实现捕获面积和喉道面积按照一定的作动规律同步调节。进一步的，还设有限位唇罩支撑杆的限位槽，所述限位槽自内向外延伸。该限位槽的设置使得唇罩支撑杆只能向内或者向外移动，使唇罩支撑杆带动转动罩体转动时唇罩支撑杆的位移数据为线性唯一，更易采集及进行数据处理。进一步的，所述可动扩压段后端连接有平动段，该平动段的前端与可动扩压段后端铰接，平动段的后端通过前后延伸的平动限位槽限位。进一步的，所述转动罩体的内侧设有唇罩滑槽，所述唇罩支撑杆连接转动罩体的一端设有位于唇罩滑槽内的唇罩滑块。唇罩滑槽给予唇罩滑块一个活动的空间，由于唇罩支撑杆只能向内或者向外移动，唇罩滑块在唇罩滑槽内的活动空间能够避免转动罩体转动时与唇罩支撑杆的移动产生干涉。本专利技术提供的上述进气道的控制方法可采用如下技术方案：(1.1)、当飞行马赫数为低亚声速时，推杆推动至最前位置，转动罩体被唇罩支撑杆向外推动至向外最大转角位置，捕获面积最大，喉道面积最大；(1.2)、当加速至进气道起动马赫数时，推杆向后滑动，可动喉道段变形向外拱起喉道面积减小，但滑块处于第一水平槽中滑动，唇罩不转动，捕获面积仍然保持为最大，但喉道面积减小使进气道压缩能力增强；(1.3)、自进气道起动加速至巡航过程中，推杆向后滑动，滑块处于倾斜槽中滑动并拉动转动罩体向内转动，可动喉道段变形向外拱起至最外拱起位置；捕获面积和喉道面积同步减小；(1.4)、飞行器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种捕获面积与喉道面积同步调节的超声速进气道，其特征在于：包括位于进气道入口处内侧的第一级压缩面(17)、自第一级压缩面向后延伸的第二级压缩面(18)、位于进气道入口处外侧的唇罩(3)、铰接于第二级压缩面(18)后端并向后延伸的可动内收缩段(16)、铰接于可动内收缩段(16)后端并向后延伸的可动喉道段(9)、铰接于可动喉道段(9)后端并向后延伸的可动扩压段(10)；所述唇罩(3)包括位于后端的固定罩体(31)及铰接于固定罩体前端并向前延伸的转动罩体(32)，所述转动罩体(32)自与固定罩体的铰接点处向内转动或者向外转动。

【技术特征摘要】
1.一种捕获面积与喉道面积同步调节的超声速进气道，其特征在于：包括位于进气道入口处内侧的第一级压缩面(17)、自第一级压缩面向后延伸的第二级压缩面(18)、位于进气道入口处外侧的唇罩(3)、铰接于第二级压缩面(18)后端并向后延伸的可动内收缩段(16)、铰接于可动内收缩段(16)后端并向后延伸的可动喉道段(9)、铰接于可动喉道段(9)后端并向后延伸的可动扩压段(10)；所述唇罩(3)包括位于后端的固定罩体(31)及铰接于固定罩体前端并向前延伸的转动罩体(32)，所述转动罩体(32)自与固定罩体的铰接点处向内转动或者向外转动。2.根据权利要求1所述的超声速进气道，其特征在于：所述可动喉道段(9)的内侧与至少一个转动臂(14)的一端铰接，转动臂(14)的另一端端与位于可动喉道段内侧并前后延伸的推杆(15)铰接，推杆(15)的后端与驱动装置(19)相连；还设有与推杆前端连接的倾斜滑槽(12)、连接倾斜滑槽与转动罩体的唇罩支撑杆(8)，所述倾斜滑槽包括第一水平槽(121)、第二水平槽(122)及连通第一水平槽(121)与第二水平槽(122)倾斜槽(123)，所述第一水平槽与推杆(15)连接，且第一水平槽相较第二水平槽更靠外；所述唇罩支撑杆(8)的一端设有位于倾斜滑槽中的滑块(13)，唇罩支撑杆的另一端连接转动罩体(32)；所述倾斜滑槽的前端通过导轨(124)限位在导轨槽(125)中；当驱动装置(19)带动推杆(15)向前滑动过程中，推杆(15)通过转动臂(14)带动可动喉道段(9)自最外拱起位置向内拉回，即进气道喉道面积自最小变为最大；推杆(15)向前滑动同时推动倾斜滑槽(12)向前移动使滑块(13)向倾斜滑槽(12)与推杆(15)连接的一端移动，从而使唇罩支撑杆(8)向外推动转动罩体(32)自与固定罩体的铰接点处向外转动，在该过程中当唇罩支撑杆的滑块在第一水平槽与第二水平槽中移动时，转动罩体(32)不转动；当驱动装置(19)带动推杆(15)自最前位置向后滑动的过程中，推杆(15)通过转动臂(14)带动可动喉道段(9)向外拱起，当推杆(15)滑动至最后位置时，可动喉道段(9)位于最外拱起位置，此时转动臂与推杆相互垂直；推杆(15)向后滑动同时拉动倾斜滑槽(12)向后移动使滑块(13)向倾斜滑槽(12)的前端移动，从而使唇罩支撑杆(8)向内拉动转动罩体(32)自与固定罩体的铰接点处向内转动，在该过程中当唇罩支撑杆的滑块在第一水平槽与第二水平槽中移动时，转动罩体(32)不转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭慧俊，刘亚洲，盛发家，王子运，黄河峡，张悦，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32