一种隔离段可伸缩式二元进气道

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种隔离段可伸缩式二元进气道。

背景技术

对于大空域、宽速域飞行的超声速进气道而言，进气道的设计难点在于需同时兼顾低空低速下的性能和高空高速下的性能。低空低速下，通常需要将进气道的总收缩比设计得较小、喉道设计得较大；在高空高速状态下，为了充分发挥发动机的推力性能，需要提高进气道的压缩效率，其需求的喉道面积通常较小，这种矛盾随着进气道工作范围的加宽而显得更加突出，常规定几何进气道一般采用折衷的设计方法，这就导致了进气道的整体性能下降，如何处理好上述矛盾是实现进气道在宽马赫数范围内工作亟需解决的问题；此外隔离段是宽速域进气道不可或缺的部分，在高背压作用下，气流在隔离段内部继续减速增压，并产生复杂的激波/边界层干扰现象，因此，隔离段的主要作用是承受下游的反压变化而不影响上游进气道的流态，避免进气道出现不起动，具有气动热力缓冲作用。当来流马赫数较低时，激波/边界层干扰程度相对较弱，激波串的长度较短，所需要的隔离段长度较短；随着来流马赫数的增加，激波/边界层干扰增强，激波串的长度相应增加，所需要的隔离段长度也相应增加。在满足流场需求的情况下，隔离段长度的增长会增加机构与流场的复杂度、增加壁面损失，使得进气道的总压恢复系数降低，最终导致进气道的整体气动性能下降。因此，如何在满足发动机总体需求的情况下，设计出短而高效的隔离段成为相关研究人员密切关注的问题。

2019年第36卷第6期《计算机仿真》第103-108页真实入口条件下的隔离段最佳长度研究中，分别改变不同隔离段的长度进行数值模拟计算，得出在高马赫下隔离段的长度增加会使得进气道的性能提高，然而没有在实际条件下考虑隔离段可调，飞机在宽速域条件下飞行时，若采用可调的隔离段会使得进气道的整体性大幅度提升。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种隔离段可伸缩式二元进气道，该结构能够满足宽速域进气道的喉道面积需求，并通过伸缩隔离段满足不同激波强度下的进气道性能需求，能够改善宽速域进气道的内部流场，提高进气道的总压恢复系数，为宽速域进气道的工程应用乃至先进飞行器的研制奠定技术基础。

本发明的技术方案是：一种隔离段可伸缩式二元进气道,所述进气道的首尾与机身连接；包括楔板组件、可伸缩式隔离段、扩压段、左右驱动器和唇罩；所述楔板组件和扩压段的下端分别与机身铰接，上端分别与可伸缩式隔离段的两端铰接；

所述可伸缩式隔离段与唇罩之间的距离为喉道高度H

本发明的进一步技术方案是：所述楔板组件包括第一级楔板和第二级楔板，第一级楔板的下端与机身铰接，上端与第二级楔板的下端固定，第二级楔板的上端与可伸缩式隔离段铰接；

所述第一级楔板与水平方向的夹角为α，第二级楔板与水平方向的夹角为β，β＞α。

本发明的进一步技术方案是：所述左驱动器通过第一连杆、铰链与第一级楔板内侧铰接，由左驱动器沿水平方向推/拉第一连杆，使得第一级楔板逆时针/顺时针转动；所述右驱动器通过第二连杆、铰链与扩压段内侧铰接，由右驱动器沿水平方向推/拉第二连杆，使得扩压段顺时针/逆时针转动。

本发明的进一步技术方案是：在来流马赫数0

本发明的进一步技术方案是：所述可伸缩式隔离段包括插板和右侧薄板，所述插板的一端与第二级楔板铰接，另一端侧壁开有凹槽；所述右侧薄板的一端插装于插板的凹槽内，另一端与扩压段铰接；所述插板、右侧薄板在第二级楔板、扩压段的带动下产生相对位移，进而改变了可伸缩式隔离段的总长度。

本发明的进一步技术方案是：当来流马赫数Ma<2.5时，激波强度较弱，高背压工况下激波串长度较短，此时可伸缩式隔离段的长度为L

本发明的进一步技术方案是：所述插板的顶端至槽的深度为l，其开槽深度l<50L

本发明的进一步技术方案是：所述左驱动器带动第一连杆使得第一级楔板绕铰链转动，右驱动器驱动第二连杆使得扩压段绕铰链转动；在转动过程中，通过控制左右两侧驱动器使得可伸缩式隔离段始终处于水平位置。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明提供的隔离段可伸缩式二元进气道可以通过调节隔离段的长度来满足不同马赫数下进气道的性能需求，对不同强度的激波/边界层干扰现象起到相应地缓冲作用，并在调节隔离段长度的同时，通过转动楔板与扩压段，使得进气道的喉道高度相应地发生变化，满足宽速域进气道在不同马赫数下的喉道高度需求，充分发挥发动机的推力性能。所提出的第一级斜板角度范围是按照Oswititsch理论，使得进气道在满足激波封口的情况下，外部阻力降低，总压恢复系数提高。

2009年第24卷第11期《航空动力学报》第2421-2428页得到了隔离段长度与进气道所承受最大反压的关系图，从图4中可以看出随着隔离段长度的增加，进气道所承受的反压增大。因此，本文提出的隔离段可伸缩式结构能够在不同马赫数下调节隔离段的长度，对反压作用下不同强度的激波/边界层干扰现象起到相应地缓冲作用。在Ma<2.5，激波强度较弱，缩短隔离段长度能够在缓冲激波串的同时减小壁面损失；随着马赫数的增加，激波强度增强，增加隔离段的长度能够承受更大的反压作用。该隔离段长度可伸缩式二元进气道是在传统不可调二元进气道的基础上将前体楔板与扩压段设计成可调结构，并将隔离段设计成可伸缩结构；本发明的难点在于，控制左右两侧驱动器使得隔离段始终处于水平位置。

附图说明

图1是本发明提供的隔离段可伸缩式二元进气道。

图2是本发明提供的可伸缩式隔离段最短时的状态。

图3是本发明提供的可伸缩式隔离段伸长后的状态。

图4为隔离段长度与进气道所承受最大反压的关系图。

附图标记说明：1、二元进气道第一级楔板；2、二元进气道第二级楔板；3、二元进气道隔离段；4、二元进气道扩压段；5二元进气道唇罩；6、铰链；7、连杆；8、左驱动器；9、右驱动器；10、插板；11、右侧薄板。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种隔离段可伸缩式二元进气道，包括：第一级楔板1、第二级楔板2、可伸缩式隔离段3、扩压段4、唇罩5、铰链6、连杆7、左驱动器8、右驱动器9。其中，第一级楔板1与机体铰接，第二级楔板2与第一级楔板1固接，可伸缩式隔离段3左侧与第二级楔板2铰接、右侧与扩压段4铰接，扩压段4与机体铰接，两个驱动器分别位于第一级楔板1下侧和扩压段4下侧。

该隔离段可伸缩式二元进气道结构，第一级楔板、第二级楔板、可伸缩式隔离段、扩压段的结构如图1所示，第一级楔板与水平面呈α，在来流马赫数0

当来流马赫数较低时(Ma<2.5)，进气道需要较小的收缩比，此时喉道高度H

具体地，带有隔离段可伸缩式的二元进气道是在传统不可调二元进气道的基础上增加了调节机构，便于设计，通过控制驱动器既满足了宽速域飞行下进气道的喉道面积需求又满足了不同激波强度下隔离段的伸缩变化，较大程度地提高了进气道的总压恢复系数，更好地满足了发动机的总体性能需求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。