一种侧板开口的超/高超声速进气道制造技术

本发明专利技术公开了一种侧板开口的超/高超声速进气道，包括第一级外压缩面、第二级外压缩面、位于外压缩段的开口侧板、进气道内通道、进气道内通道上下壁面、进气道基座、泄流腔。本发明专利技术的工作原理是：常规二元超/高超声速进气道在工作时，外压缩段侧板上往往会存在强烈的后掠激波边界层干扰现象，这种现象会恶化进气道流场品质、降低进气道气动性能，本发明专利技术通过在外压侧板上切除一个开口区域，一方面可以降低了内通道中的低能流比例，另一方面抑制了外压缩段强后掠激波/边界层干扰的出现，杜绝了流向漩涡的产生，从而极大改善了流场品质，提高了进气道的总压恢复系数及抗反压能力。

A Super/Hypersonic Inlet with Side Plate Openings

【技术实现步骤摘要】
一种侧板开口的超/高超声速进气道
本专利技术属于飞行器进气道

技术介绍
冲压发动机主要由超声速进气道、燃烧室、尾喷管三大核心部件组成，进气道作为冲压发动机的关键部件之一，其性能直接影响着推进系统乃至整个飞行器的综合性能。超/高超声速进气道在工作时，由于气体粘性的作用，进气道壁面会存在边界层，激波与边界层的相互干扰是进气道流场中常见的现象，这种激波/边界层干扰不仅会恶化流场品质而且还会影响到其总压损失及抗反压能力，严重时甚至引起喘振，造成发动机熄火。因此，抑制甚至消除这种激波/边界层干扰所带来的负面效果，对于提高进气道性能、实现高超声速高效飞行具有重大意义。根据目前已公开文献，大多数工作主要研究超/高超声速进气道中的入射激波/边界层干扰的机理及控制手段，而对二元超/高超声速进气道中广泛存在的后掠激波边界层干扰现象则研究较少。在二元超/高超声速进气道中，由于侧板边界层的进入使得进气道内流道中低能流比例增大，此外，外压缩段会存在严重的后掠激波/边界层干扰现象，并产生流向涡，加剧了低能流在角区的堆积，这不但严重影响到气流的均匀程度，更是削弱了边界层的抵抗反压能力。针对该问题，目前可看到的做法是取消外压缩段的隔板，同时为了避免两侧膨胀流动对进气道流量捕获及内通道入口流动参数形成干扰，将外压缩段沿两侧等直延伸。这种方法虽然可以显著改善侧板边界层带来的负面影响，但也存在不少弊端。首先，虽然取消外压缩段隔板的同时也对外压缩段进行拓宽，但仍会存在流量损失较为严重的问题；其次，在实际工程中，拓宽外压缩段不但会占据宝贵的飞行器空间，而且其所带来的额外重量及外阻还会削弱整个推进装置的推重比，这对于超/高超声速飞行而言，应是尽量避免的。因此，探索一种新的流场控制方法来抑制二元超/高超声速进气道中外压缩段的后掠激波边界层干扰现象对于提升冲压发动机推进系统的气动性能有重大意义。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种侧板开口的超/高超声速进气道，目的是为了抑制二元超/高超声速进气道中外压缩段的后掠激波边界层干扰、提高推进装置的气动性能。技术方案：本专利技术可采用以下技术方案：一种侧板开口的超/高超声速进气道，包括内通道内表面、位于内通道内表面外侧的唇罩、位于内通道内表面外侧并连接内通道内表面外缘与唇罩外缘的内通道侧板；所述内通道内表面、唇罩与内通道侧板围成进气道的内通道；所述内通道内表面前端连接有两级压缩面，其中第二级压缩面连接在第一级压缩面与内通道内表面之间；还包括连接于两级压缩面外侧缘的外侧板，该外侧板与内通道侧板连接，且该外侧板上还设有将外侧板内外侧连通的开口；该开口自外侧板与两级压缩面连接处倾斜向唇罩方向延伸直至贯穿外侧板。进一步的，内通道内表面下方设有若干泄流腔，且内通道内表面上开设有与泄流腔连通的泄流气缝。进一步的，开口区域前缘与低马赫数下第二道外压斜激波的夹角为θ4，外压缩段开口侧板的开口区域后缘与设计马赫数下的第二道外压斜激波的夹角为θ3；θ3和θ4的取值范围满足：2°≤θ3≤8°，2°≤θ4≤8°。本专利技术还可以采用以下技术方案：一种侧板开口的超/高超声速进气道，包括内通道内表面、位于内通道内表面外侧的唇罩、位于内通道内表面外侧并连接内通道内表面外缘与唇罩外缘的内通道侧板；所述内通道内表面、唇罩与内通道侧板围成进气道的内通道；所述内通道内表面前端连接有两级压缩面，其中第二级压缩面连接在第一级压缩面与内通道内表面之间；还包括连接于第一级压缩面外侧缘的第一外侧板、连接于第二级压缩面外侧缘的第二外侧板，第二外侧板与内通道侧板连接，第一外侧板与第二外侧板之间具有开口，且第一级压缩面与第二级压缩面的连接处侧缘在该开口的范围内。相对于现有技术，本专利技术通过切除进气道外压缩段侧板上的后掠激波干扰区，一方面降低了内通道中的低能流比例，另一方案抑制了外压缩段强后掠激波/边界层干扰的出现，同时也杜绝了流向漩涡的产生，从而极大改善了流场品质，提高了进气道的总压恢复系数及抗反压能力。附图说明图1是本专利技术高超声速进气道三维结构示意图；图2是本专利技术高超声速进气道二维结构示意图；图3是图1中开口侧板区域局部示意图；图4是来流马赫数Ma∞＝5.0时，原型方案进气道内流场流线及外压缩面垂面马赫数等值图；图5是来流马赫数Ma∞＝5.0时，开口侧板方案进气道内流场流线及外压缩面垂面马赫数等值图；图6是来流马赫数Ma∞＝5.0时，原型方案进气道壁面摩擦力线；图7是来流马赫数Ma∞＝5.0时，开口侧板方案进气道壁面摩擦力线；图8是来流马赫数Ma∞＝5.0时，原型方案进气道喉道截面马赫数等值图；图9是来流马赫数Ma∞＝5.0时，开口侧板方案进气道喉道截面马赫数等值图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。参阅图1至图3所示，本专利技术一种侧板开口的超/高超声速进气道包括：内通道内表面4、位于内通道内表面4外侧的唇罩5、位于内通道内表面4外侧并连接内通道内表面4外缘与唇罩5外缘的内通道侧板101。所述内通道内表面4、唇罩5与内通道侧板101围成进气道的内通道9。内通道9的深处为喉道7。所述唇罩5的下方为内通道的上表面6。所述内通道内表面4前端连接有两级压缩面，其中第二级压缩面2连接在第一级压缩面1与内通道内表面4之间。该进气道还包括连接于两级压缩面外侧缘的外侧板3，该外侧板3与内通道侧板101连接，且该外侧板101上还设有将外侧板内外侧连通的开口102；该开口102自外侧板101与两级压缩面连接处倾斜向唇罩5方向延伸直至贯穿外侧板。如图1，开口102实质将外侧板101分为了第一外侧板和第二外侧板，第二外侧板与内通道侧板连接。其中，内通道内表面4下方设有若干泄流腔8，且内通道内表面4上开设有与泄流腔8连通的泄流气缝。设置泄流腔的目的是为了排移进气道肩部低能流、削弱唇口激波与进气道肩部附面层的干扰强度，拓宽进气道的稳定工作范围。泄流腔的设计方法参照一种高性能矩形双通道外并联TBCC进气道及设计方法(ZL201710664795.X)。请参阅图3，根据进气道工作速域并结合斜激波关系式求得设计马赫数下的第二道外压斜激波15的激波角θ1及低马赫数下第二道外压斜激波14的激波角θ2。开口区域前缘11与低马赫数下第二道外压斜激波15的夹角为θ4，外压缩段开口侧板3的开口区域后缘12与设计马赫数下的第二道外压斜激波15的夹角为θ3。为防止第二道外压斜激波14、15与开口侧板3边界层相干产生的漩涡进入内流道9且避免进气道内通道入口10的捕获流量过低，θ3和θ4的取值范围应满足：2°≤θ3≤8°，2°≤θ4≤8°。此外，保证低马赫数下第二道外压斜激波14恰好与开口区域前缘11的上部端点相交。所述压缩段开口侧板3的开口区域前缘11与低马赫数下第二道外压斜激波14的夹角θ4＝6.5°，所述外压缩段开口侧板3的开口区域后缘12与设计马赫数下的第二道外压斜激波15的夹角θ3＝7°。低马赫数下第二道外压斜激波14恰好与开口区域前缘11的上部端点恰好相交。可以看出，这种开口方法完全避免了第二道外压激波与侧板附面层的相互干扰现象。请参阅图3，为使得压缩面1、2上方及开口侧板3内表面的低能流更容易排除，以开口区域前缘11为二面角棱线，以开口侧板3外表面为半平面，向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种侧板开口的超/高超声速进气道，包括内通道内表面、位于内通道内表面外侧的唇罩、位于内通道内表面外侧并连接内通道内表面外缘与唇罩外缘的内通道侧板；所述内通道内表面、唇罩与内通道侧板围成进气道的内通道；所述内通道内表面前端连接有两级压缩面，其中第二级压缩面连接在第一级压缩面与内通道内表面之间；其特征在于，还包括连接于两级压缩面外侧缘的外侧板，该外侧板与内通道侧板连接，且该外侧板上还设有将外侧板内外侧连通的开口；该开口自外侧板与两级压缩面连接处倾斜向唇罩方向延伸直至贯穿外侧板。

【技术特征摘要】
1.一种侧板开口的超/高超声速进气道，包括内通道内表面、位于内通道内表面外侧的唇罩、位于内通道内表面外侧并连接内通道内表面外缘与唇罩外缘的内通道侧板；所述内通道内表面、唇罩与内通道侧板围成进气道的内通道；所述内通道内表面前端连接有两级压缩面，其中第二级压缩面连接在第一级压缩面与内通道内表面之间；其特征在于，还包括连接于两级压缩面外侧缘的外侧板，该外侧板与内通道侧板连接，且该外侧板上还设有将外侧板内外侧连通的开口；该开口自外侧板与两级压缩面连接处倾斜向唇罩方向延伸直至贯穿外侧板。2.根据权利要求1所述的进气道，其特征在于：内通道内表面下方设有若干泄流腔，且内通道内表面上开设有与泄流腔连通的泄流气缝。3.根据权利要求1或2所述的进气道，其特征在于：开口区域前缘与低马赫数下第二道外压斜激波的夹角为θ4，外压缩段开口侧板的开口区域后缘与设计马赫数下的第二道外压斜激波的夹角为θ3；θ3和θ4的取值范围满足：2°≤θ3≤8°，2°≤θ4≤8°。4.一种侧板开...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢文忠，王肖，曾诚，谭慧俊，陈皓，温玉芬，
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