[发明专利]一种适用于横风工况的双唇口抗畸变进气道结构

说明书

本发明涉及一种适用于横风工况的双唇口抗畸变进气道结构，包括一级唇口和二级唇口，一级唇口设计有法兰，负责与涵道机匣连接，唇口曲线采用双纽线，使得气流在无横风工况能以最小损失进入涵道风扇。本发明首先不会破坏无横风工况的进气品质，且不会带来过多的额外重量。另一方面，传统进气道在遭遇横风时，唇口迎风侧极易产生流动分离导致流场畸变，而适用于横风工况的双唇口抗畸变进气道明显抑制了这一分离现象，气流流动稳定，气流畸变强度明显降低。

技术领域

本发明涉及飞行器气动设计领域，属于进气道部件，特别涉及一种适用于横风工况的双唇口抗畸变进气道结构，该结构用于发动机进气质量改善。

背景技术

垂直起降飞行器因其具有使用灵活，扩展功能多样化今年来得到了较好的发展。其中涵道风扇无人机由于其结构紧凑，便携性好等特点，在过去的十几年中得到了研究人员的广泛关注，涌现出大量涵道风扇无人机样机，比如HoverEye，Istar,FanTail以及霍尼韦尔的T-Hawk等。但是，该类无人机在快速前飞、遭遇突风等进口畸变状态下易出现唇口前缘流动分离等现象，最终导致升力不稳定，风扇性能下降等问题的出现。

流动分离现象一方面导致飞行器飞行品质降低、载荷下降，另一方面由于前缘空气流动紊乱，飞行器受力不稳定，对飞行控制系统产生了极大的干扰。为解决这一难题，研究人员进行了相关的技术研究，如采用“双涵道”、唇口处高速定常吹气等方案。然而，这类方案往往带来不可接受的额外重量，甚至额外能量损耗，最终缺乏实用价值。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术的不足，因此本发明设计一种新形式的、适用于垂直起降飞行器的进气道，旨在不过度提高额外重量的同时，提高横风工况的进气道抗畸变性能。该发明亦适用于其他行业中处于横风工况的进气道部件，如火车、汽车等通风扇进气道。

本发明的技术方案是：一种适用于横风工况的双唇口抗畸变进气道结构，包括一级唇口1和二级唇口3，所述一级唇口1整体为柱状体，两端开口，其中一端呈弯曲状，定义弯曲部分为曲线段，未弯曲部分为直线段；二级唇口3为喇叭口状；一级唇口1直线段和飞行器机匣法兰连接，一级唇口1和二级唇口3通过唇口支架连接，一级唇口1曲线段横截面为双纽线，二级唇口3横截面中弧线为双纽线，其中双纽线方程为：

(x²+y²)²＝2a²(x²-y²)

其中a为双纽线弦长，a>0，取值为涵道风扇直径的倍数，x为双纽线横坐标轴，x坐标轴沿双纽线弦长方向，y为双纽线纵坐标轴，与x坐标轴相互垂直，且指向机匣内中心锥方向；一级唇口1和二级唇口3的a取值不同。

本发明的进一步技术方案是：所述一级唇口1的坐标轴原点为直线段与曲线段连接处，双纽线结束点为x＝a，y＝0。

本发明的进一步技术方案是：所述二级唇口3坐标轴角度不变，原点相比于一级唇口坐标沿半径减小的方向平行移动0.06倍转子直径，曲线起点位于坐标原点，结束点位于直角坐标系下第一象限内曲线斜率为0的点。

本发明的进一步技术方案是：所述唇口支架为碳纤维板。

本发明的进一步技术方案是：所述二级唇口3厚度采用naca0008翼型厚度分布规律。

本发明的进一步技术方案是：定义二级唇口3小径端端点与一级唇口1直线段和曲线段交接处之间的纵向距离为h2，横向距离为h1。

本发明的进一步技术方案是：所述h1取0.05～0.1倍涵道直径。

本发明的进一步技术方案是：所述h2取-0.016～0.033倍涵道直径。

本发明的进一步技术方案是：横风气流先接触的端口为两个唇口的大径端，一级唇口1大径端内径大于二级唇口3大径端内径。