[发明专利]高超声速飞行器前体、进气道及支板一体化气动布局方法

说明书

技术领域

本发明属于高超声速飞行器前体、进气道及支板的一体化气动布局技术领域，尤其指代一种采用并联多模块发动机的吸气式高超声速飞行器前体、进气道及支板一体化气动布局方法。

背景技术

高速临近空间飞行器是世界各国为充分利用空间而大力发展的一种具有重要战略意义的飞行器，包括新一代天地往返运载器、高超声速巡航飞行器、高超声速远程客机等；这类飞行器通常采用基于超燃冲压发动机的各种组合推进循环系统，如火箭基、涡轮基组合循环系统。

实现临近空间高超声速飞行的关键技术之一是飞行器前体和推进系统进气道的一体化设计，而为了实现大推力目的，通常在飞行器前体前缘激波层内并排布置并联多模块进气道，这其中将飞行器前体、进气道和模块之间的支板一体化气动布局是实现机体与推进系统一体化的前提，在布局过程中既需要结构上的一体，也要考虑各部件功能上的协调：飞行器前体主要是提供升力的同时作为进气道的预压缩面，进气道功能是尽可能流动损失低的前提下压缩来流为燃烧室提供合适的气流。传统的做法为将设计好的前体直接与二维或三维进气道匹配，被动的接受进气道模块之间的支板产生的激波/附面层干扰对整个流场的干扰，不考虑产生的入射激波对捕获流量、流动损失、阻力的消极影响，而这些因素都将会大大影响推进系统的总体性能。因此，在对飞行器前体进气道支板进行气动布局之前，构建一合适的基本流场，高效的统筹设计三者的组合构型至关重要。

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高超声速飞行器前体、进气道及支板一体化气动布局方法，以解决现有技术中高超声速飞行器前体、进气道及支板的设计影响推进系统的总体性能的问题，消除了支板带来的不利干扰，转为有利的一体化气流压缩，提高三者的整体性能。

为达到上述目的，本发明的高超声速飞行器前体、进气道及支板一体化气动布局方法，包括步骤如下：

1）构造内锥流场+等熵流场+截短Busemann流场的组合基本流场，该组合基本流场的内锥流场及等熵流场用来设计飞行器前体部分、截短Busemann流场设计进气道和支板部分，同时通过三种流场的流场结合来保证飞行器前体、进气道和支板的一体化布局；

2）确定上述组合基本流场的过程中综合运用无粘流场基本解+可压缩附面层修正+计算流体力学的技术，包括飞行器前体前缘激波、小角度截短Busemann流场起始激波、反射激波关键位置的定位；

3）给定飞行器前体来流捕获高度、多模块发动机中单模块宽度和单模块燃烧室进口型线，离散单模块燃烧室进口型线利用上述组合基本流场向上游来流流线追踪；在逆向流线追踪过程中首先形成截短Busemann流场，提取其中流线作为进气道和支板一体化构型的气流压缩型面，两侧支板逆向追踪的前缘位置取决于发动机单模块的宽度、支板前缘角度和容积率；机体一侧的进气道压缩面继续逆向流线追踪，形成前体等熵压缩面，最后与最上游的内锥流场在合适极角处结合，共同形成飞行器前体部分，前体的长度和宽度根据飞行器总体几何尺寸和单模块发动机宽度进行调整和截断。

本发明的有益效果：

本发明的飞行器前体、进气道及支板通过一种组合基本流场的思路综合布局了三者的一体化结构，尽可能保证前体升力面、进气道、支板绕流保持低流动损失的等熵流动；将进气道侧板与支板一体化整合，不会影响支板内燃料喷口、引射火箭等的布置；对气流三维空间上的协调和处理，体现了结构和功能上的高效。

附图说明

图1为本发明中组合基本流场示意图；

图2为Busemann流场示意图；

图3为截短的Busemann流场示意图；

图4为内锥流场示意图；

图5为单模块飞行器前体、进气道及支板一体化布局三维构型图；

图6为飞行器前体、进气道及支板一体化布局在整体飞行器中装配示意图；

图7为马赫数6来流下一体化前体进气道对称面上压力分布；