亚音速出流高外压内乘波式进气道及其设计方法

摘要

本发明是亚音速出流高外压内乘波式进气道及其设计方法，结构包括进气道收缩段和扩张段，进气道收缩段为三维向内收缩，其进出口形状可以定制，能够同时满足各自的特定形状要求，且进气道收缩段内激波形状为规则的圆弧状，扩张段内为复杂的斜激波串。设计方法是以特定的高外压轴对称内收缩基本流场为基础，据进气道收缩段进出口形状，在每一周向平面进行不同径向位置的流线追踪，获得符合进出口形状要求的流面，据扩张段进出口形状，按一定面积变化规律确定扩张段型面，可获得亚音出流、高外压能力的内乘波式进气道。优点：继承了内乘波式进气道全流量捕获来流，进出口形状可定制等特点；并且具有更好的低马赫数自动溢流能力，能与亚燃燃烧室匹配。

主权项

亚音速出流高外压内乘波式进气道，其特征是包括进气道收缩段和扩张段，所述的进气道收缩段特征为三维向内收缩，其进出口形状可以定制，能够同时满足各自的形状要求，且进气道收缩段内激波形状为规则的圆弧状，所述的进气道扩张段内为一道正激波或斜激波串；所述的进气道，其内的高超声速来流在进口处形成规则的初始入射圆弧激波，初始入射圆弧激波将三维进口面完全封闭，低于设计马赫数情况下，由于其外压缩程度的增加使得其低马赫数自动溢流能力增强，能在更低的马赫数下起动；所述的进气道收缩段在进气道肩部位置转平，且ICFA段与后面型线衔接处采用幂次曲线光顺消除膨胀区，增加压缩效率，提高了低马赫数自动溢流能力；气流在唇口附近反射，以斜激波串的形式存在于扩张段内。2.根据权利要求1所述的亚音速出流高外压内乘波式进气道，其特征是所述的进气道扩张段采用类“S”型面积变化规律过渡，进出口两端附近面积变化较为平缓，中间段面积变化较大，更利于气流光滑过渡，减小损失。3.亚音速出流高外压内乘波式进气道的设计方法，其特征是1）以轴对称内收缩基本流场为基础，该轴对称内收缩基本流场包括ICFA段和偏置后的压缩段；根据进气道收缩段进出口形状，在不同的周向位置上进行不同径向位置的流线追踪叠加组合获得符合进出口形状要求的流面；2）根据进气道扩张段进出口形状，并按面积变化规律确定扩张段型面，即可获得亚音出流、高外压能力的符合进出口形状要求的内乘波式进气道，其中轴对称流场为具有高外压缩能力的改进ICFC流场。4. 根据权利要求3所述的亚音速出流高外压内乘波式进气道的设计方法，其特征是高外压缩能力的改进ICFC流场是保持原ICFA段型线不变，将其后段Busemann型线向下偏置来得到具有外压比例、流场长度、膨胀区域的基本流场；采用幂次曲线光顺消除ICFA段与后段型线衔接处的气动不光滑，导致有小膨胀区域的存在。5. 根据权利要求3所述的亚音速出流高外压内乘波式进气道的设计方法，其特征是改进ICFC流场的方法，采用特征线方法，分段对基本流场后段型线向下偏置，其偏置量需保证入射激波不弯曲且不出现马赫盘现象，直至基本流场不起动则认为已达到极限偏置量。6. 根据权利要求3所述的亚音速出流高外压内乘波式进气道的设计方法，其特征是轴对称内收缩基本流场，内收缩回转壁面母线为改进后的ICFC壁面曲线，初始内收缩角为10度；进气道形状设计要求为：进气道出口为指定长短轴比分别为5.78和1.68的两段半椭圆，进口投影形状为三边直线一边椭圆弧；变截面内乘波式高超声速进气道三维轮廓；来流马赫数3.5的设计状态下，进气道的计算性能为出口平均增压比26.9，起动马赫数3.0的设计状态下，出口马赫数0.46，总压恢复0.495，流量捕获系数0.983。7.根据权利要求6所述的亚音速出流高外压内乘波式进气道的设计方法，其特征是来流马赫数3.5的设计状态下，进气道的计算性能为出口平均增压比28.2，出口马赫数0.48，总压恢复0.536，流量捕获系数0.985，在起动马赫数3.2的状态下，进气道的计算性能为出口平均增压比23.6，出口马赫数0.49，总压恢复0.641，流量捕获系数0.956。