带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法技术

本发明专利技术公开了一种带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法，所述方法包括以下步骤，(1)生成三维内转进气道；(2)选取隔离泄流截面的位置并计算该截面内三维内转进气道附面层的位移厚度；(3)根据步骤(2)中得到的三维内转进气道附面层的位移厚度，设计隔离泄流装置；(4)以步骤(3)中得到的隔离泄流装置主流进口,等直向后拉伸得到泄流装置隔离段，最终获得完整的带附面层隔离泄流的三维内转进气道。本发明专利技术在保持三维内转进气道优点的同时，采用隔离泄流法排出附面层低速低能气流，从而拓宽三维内转进气道的工作马赫数范围。

Design Method of Three-dimensional Inlet with Boundary Layer Isolated Discharge

【技术实现步骤摘要】
带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法
本专利技术涉及三维内转进气道附面层泄流
，具体涉及一种带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法。
技术介绍
高超声速飞行器的设计与验证是目前各航空强国竞相争夺的战略制高点，是空间技术研究的焦点之一。世界强国都在大力推进各自的高超声速飞行研制计划。实现高超声速飞行的关键是吸气式推进系统的研究，而该系统的核心技术是超燃冲压发动机关键技术。进气道位于超燃冲压发动机的最前部，起着压缩来流，为下游提供尽可能多高能气流的作用。基于以上原因，国内外学者提出了一系列进气道的压缩形式，主要包括：二元进气道、轴对称进气道、侧压进气道，并就它们的设计方法、流动特征和工作特性开展了大量研究。此外，三维内转进气道由于具有较高的流量捕获系数与优良的气动性能受到国内外学者的广泛关注与研究。美国约翰霍普金斯大学Billig等提出的流线追踪Busemann进气道[1],美国Astrox公司的Ajay等提出的Funnel进气道[2],美国航天宇航研究中心的Smart等提出的将矩形进口转为椭圆形出口[3]的三维内转进气道等。在国内，尤延铖等提出了一种被称为内乘波式的三维内转进气道设计方法。虽然此类进气道在气动性能方面具有一定的优势，但高的流量捕获能力同时会增加低马赫数起动的负担，对高超声速飞行器的工作速域产生极大的影响。因此，研究如何拓宽三维内转进气道的工作范围，降低三维内转进气道的起动马赫数，对此类进气道的发展具有极其重要的意义。为拓宽三维内转进气道的工作范围，降低其起动马赫数，目前国内外学者采用的包括变几何法与定几何条件的流动控制这两类。变几何法是根据来流马赫数对进气道压缩型面进行调整，以此调整进气道内收缩比。此方法在结构简单的二元进气道领域应用较广，但由于三维内转进气道型面过于复杂，此方法并不能有效的提高进气道的起动能力。定几何条件下的流动控制，比较常见的是附面层抽吸泄流。以期在低马赫数工况下能够排除进气道内的低速低能流，从而实现进气道在低马赫数下的正常。然而，抽吸泄流存在一个显著问题：由于泄流口的存在，三维内转进气道内将会额外产生泄流激波，导致气流损失增大，此外该激波与附面层相互作用有可能引起额外的附面层分离，引入新的不起动因素。由此可见，提供有效的附面层泄流技术对提高三维内转进气道的起动能力从而拓宽超燃冲压发动机的工作范围具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是：提供一种带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法，在保持三维内转进气道优点的同时，采用隔离泄流法排出附面层低速低能气流，从而拓宽三维内转进气道的工作马赫数范围。本专利技术为解决上述问题所提供的技术方案为：一种带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法，所述方法包括以下步骤，(1)生成三维内转进气道；(2)选取隔离泄流截面的位置并计算该截面内三维内转进气道附面层的位移厚度；(3)根据步骤(2)中得到的三维内转进气道附面层的位移厚度，设计隔离泄流装置；(4)以步骤(3)中得到的隔离泄流装置主流进口,等直向后拉伸得到泄流装置隔离段，最终获得完整的带附面层隔离泄流的三维内转进气道。优选的，所述步骤(1)中将三维内转进气道肩部型线的正向形状设计为圆形，在轴对称内收缩流场中进行流线追踪，将所得流线进行三维周向排布得到流面，该流面即为三维内转进气道压缩型面，将三维内转进气道肩部向后等直拉伸得到三维内转进气道隔离段。优选的，所述步骤(2)中隔离泄流截面布置于三维内转进气道喉道截面下游；选定隔离泄流截面后，根据附面层位移厚度公式计算得到三维内转进气道附面层的位移厚度。优选的，所述步骤(3)中隔离泄流装置包括隔离泄流装置主流进口、隔离泄流装置附面层出口和附面层泄流通道；其中隔离泄流装置主流进口通过三维内转进气道喉道截面减去隔离泄流区域获得，附面层泄流通道的进口与隔离泄流区域重合，隔离泄流装置附面层出口布置于带附面层隔离泄流的三维内转进气道两侧，隔离泄流装置壁面型线由3次样条曲线拟合生成。与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利技术利用本设计方法生成的带附面层隔离泄流的三维内转进气道可以显著拓宽三维内转进气道工作范围。利用通过附面层位移厚度计算设计得到的隔离泄流装置可以将进气道压缩型面三维周向附面层完全隔离并通过泄流通道排出进气道内部，且不会额外引入泄流激波，在降低进气道起动马赫数的同时，保证了三维内转进气道的气动性能。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是带附面层隔离泄流的三维内转进气道总体结构示意图。图2是带附面层隔离泄流的三维内转进气道剖视图。图3是带附面层隔离泄流的三维内转进气道仰视图。图4是带附面层隔离泄流的三维内转进气道正视图。图5是带附面层隔离泄流的三维内转进气道外部结构示意图。图中的标记为：1表示高超声速来流、2表示三维内转进气道、3表示隔离泄流装置、4表示泄流装置隔离段、5表示三维内转进气道肩部型线、6表示三维内转进气道压缩型面、7表示三维内转进气道进口型线、8表示三维内转进气道隔离段、9表示隔离泄流截面、10表示三维内转进气道喉道截面、11表示隔离泄流区域、12表示隔离泄流装置主流进口、13表示隔离泄流装置附面层出口、14表示附面层泄流通道、15表示隔离泄流装置壁面型线、16表示泄流装置隔离段出口、17表示三维内转进气道附面层、18表示带附面层隔离泄流的三维内转进气道外罩。具体实施方式以下将配合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，藉此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。如图1所示，本带附面层隔离泄流的三维内转进气道方案包括三维内转进气道2、隔离泄流装置3与泄流装置隔离段4，其中三维内转进气道2包括三维内转进气道肩部型线5、三维内转进气道压缩型面6、三维内转进气道前缘型线7和三维内转进气道隔离段8；隔离泄流装置3包括隔离泄流装置主流进口12，隔离泄流装置附面层出口13和附面层泄流通道14。隔离泄流区域11大小根据该截面内三维内转进气道压缩型面6周向的附面层位移厚度决定；三维内转进气道2由流线追踪法生成，具有内乘波特性；根据隔离泄流装置主流进口12向后等直拉伸生成泄流装置隔离段4，并得到泄流装置隔离段出口16，其长度尺寸为隔离泄流装置主流进口12直径的8倍。带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法的主要实施步骤包括：(1)生成三维内转进气道2。将三维内转进气道肩部型线5的正向形状设计为圆形，在轴对称内收缩流场中进行流线追踪，将所得流线进行三维周向排布得到流面，该流面即为三维内转进气道压缩型面6，将三维内转进气道肩部5向后等直拉伸得到三维内转进气道隔离段8。(2)选取隔离泄流截面9的位置并计算该截面内的三维内转进气道附面层17的位移厚度。导致三维内转进气道无法工作的主要原因是由于三维内转进气道喉道截面10处产生了大量的附面层堆积从而导致附面层分离将流道堵塞。因此，隔离泄流截面9应布置于三维内转进气道喉道截面10下游。选定隔离泄流截面9后，根据附面层位移厚度公式计算得到三维内转进气道附面层17的位移厚度，并确定隔离泄流区域11，隔离泄流区域11与隔离泄流截面9内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，(1)生成三维内转进气道；(2)选取隔离泄流截面的位置并计算该截面内三维内转进气道附面层的位移厚度；(3)根据步骤(2)中得到的三维内转进气道附面层的位移厚度，设计隔离泄流装置；(4)以步骤(3)中得到的隔离泄流装置主流进口,等直向后拉伸得到泄流装置隔离段，最终获得完整的带附面层隔离泄流的三维内转进气道。

【技术特征摘要】
1.一种带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，(1)生成三维内转进气道；(2)选取隔离泄流截面的位置并计算该截面内三维内转进气道附面层的位移厚度；(3)根据步骤(2)中得到的三维内转进气道附面层的位移厚度，设计隔离泄流装置；(4)以步骤(3)中得到的隔离泄流装置主流进口,等直向后拉伸得到泄流装置隔离段，最终获得完整的带附面层隔离泄流的三维内转进气道。2.根据权利要求1所述的带附面层隔离泄流的三维内转进气道设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中将三维内转进气道肩部型线的正向形状设计为圆形，在轴对称内收缩流场中进行流线追踪，将所得流线进行三维周向排布得到流面，该流面即为三维内转进气道压缩型面，将三维内转进气道肩部...

【专利技术属性】
技术研发人员：李怡庆，江威，赵键，孙通，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36