[发明专利]一种平动式内并联组合动力进气道模态转换装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于组合动力进气道模型设计技术领域，尤其指代一种平动式内并联组合动力进气道模态转换装置及方法。

背景技术

吸气式高超声速推进系统是发展高超声速飞行器的关键技术，在强调空天一体化的应用背景下，吸气式高超声速推进领域受到国内外相关专家的高度重视。日本的ATREX项目研究了一种预冷式TBCC动力装置可用作高超声速飞行器的推进系统；欧洲的LAPCAT项目在研究一种可用于民用高超声速飞行器的TBCC推进系统；美国的FaCET项目设计并试验验证一种TBCC推进系统，计划用于水平起降、可重复使用的高超声速飞行器上；同时国内的相关院校也进行了TBCC推进系统的总体性能分析及TBCC进气道设计和试验验证工作。涡轮基组合循环(TBCC)发动机由涡轮发动机和冲压发动机组合而成，以其可重用性、可水平起降及高比冲等特点成为吸气式高超声速飞行器的理想动力装置之一。

模态转换过程是TBCC推进系统涡轮模态与冲压/超燃冲压模态相互转换的过程。从进气道方面而言，模态转换过程需要保证进入涡轮和冲压/超燃冲压发动机的流量平衡以及气流品质满足要求，才能使整个TBCC推进系统发挥它的优势。TBCC组合循环发动机的总体性能分析表明发动机总体性能对进气道性能非常敏感。国外TBCC推进系统的研究项目中都对模态转换过程进行了专门的研究。日本HYPR计划的验证机HYPR90-C，是由变几何涡扇发动机和冲压发动机组合而成的串联式TBCC发动机。该验证机通过对8个可调变量的控制实现了模态转换过程推力和总流量的平稳过渡且不出现风扇/压气机的失速和冲压燃烧室的不稳定工作。美国的NASA在1×1英尺和10×10英尺的超声速风洞进行了外并联式TBCC进气道模态转换试验。试验验证了平稳的TBCC进气道模态转换过程是能够实现的。此外国内的院校及相关单位也进行了模态转换的研究，通过数值仿真、试验验证及理论分析三种方式论证了串联式及并联式组合发动机模态转换过程研究的重要性，采用理论分析的方式设计模态转换规律使其满足推力平稳过渡原则。

传统的内并联式进气道模态转换是通过分流板的转动实现流量的分配，在分流板转动过程中涡轮/冲压通道局部的面积比将发生很大的变化，同时转动过程引起的气动力和力矩的变化将有可能引起飞行器气动中心的改变，这对飞行器的控制带来困难。因此若能采用平动的方式实现模态转换阀门的关闭与开启，不仅可以降低分流板运动的实现难度，同时还能减轻气动力和力矩的改变对飞行器控制的影响。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种平动式内并联组合动力进气道模态转换装置及方法，以解决现有技术中内并联式进气道模态转换通过分流板的转动实现流量的分配，难以对飞行器进行控制的问题。

为达到上述目的，本发明的一种平动式内并联组合动力进气道模态转换装置，其由三个可动部件构成，分别为分流板、冲压通道下壁面主体和冲压通道下壁面尾部，通过冲压通道下壁面主体的平动带动分流板和冲压通道下壁面尾部的转动，实现冲压发动机通道的开启和关闭。

优选地，随着冲压通道下壁面的平动，冲压通道入口高度逐渐增大，从而冲压发动机通道的流量线性增大，涡轮发动机通道的流量线性减少。

本发明的装置能够实现平动的方式完成模态转换过程，降低分流板运动的实现难度，同时也能满足模态转换过程涡轮发动机流量降低，冲压发动机流量增大的要求。

本发明还提供一种平动式内并联组合动力进气道模态转换方法，包括如下：

冲压通道下壁面主体进行平动，在冲压通道下壁面主体的引导下分流板、冲压通道下壁面尾部分别绕各自根部铰链中心点转动，通过冲压通道下壁面的平移使得冲压通道的入口面积逐渐增大，保证冲压通道气流。

本发明的有益效果：

本发明能实现用平动代替转动的方式进行内并联式TBCC进气道模态转换，降低分流板运动的实现难度，同时还能减轻气动力和力矩的改变对飞行器控制的影响。

附图说明

图1为本发明内并联式进气道示意图。

图2为图1的局部放大图。

图3为涡轮模态进气道示意图。

图4为中间模态进气道示意图。

图5为冲压模态进气道示意图。

图6为模态转换过程涡轮/冲压通道流量系数变化规律图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。