[发明专利]具有台阶式侧板的二元超声速进气道

说明书

本发明公开了一种具有台阶式侧板的二元超声速进气道，包括内压缩面、外压缩面、唇罩、侧板；侧板包括位于唇罩及内压缩面外侧的第一侧板、位于外压缩面外侧的第二侧板；第二侧板与第一侧板相交处形成一个台阶落差，该台阶落差在进气道唇口位置附近形成一定的溢流口。此溢流口将部分侧板边界层进行疏导和排除，能有效地减弱外压缩面和唇罩的扫掠激波与侧板边界层的干扰，从而减小进气道进口处的气流分离，提高进气道的流量系数和总压恢复系数。

技术领域

本发明涉及吸气式超声速飞行器设计领域，具体涉及的是一种二元超声速进气道。

背景技术

进气道作为吸气式超声速推进系统的关键气动部件，承担着捕获高速气流、压缩空气，使出口气流满足压气机或燃烧室要求的任务，其设计形式和工作特性直接影响推进系统整体效能发挥。判断超声速进气道的性能好坏主要从总压恢复系数和流量系数等参数进行评价。

超声速进气道内的流动损失主要包括激波系的总压损失、喉道后通道中的总压损失和气体粘性引起的摩擦损失、粘性干扰损失。其中粘性干扰损失是指存在逆压力梯度情况下引起气流分离而产生的，粘性干扰损失在总的损失中占有相当大的比重，典型代表即激波/边界层干扰引起的分离现象。据研究表明，进气道总压恢复系数每下降1％，推力损失将超过1％，一般为1.25％左右，单位燃油消耗率增大2.5％。随飞行速度的增加，推力损失和燃油消耗率增大越明显。因此，减小激波边界层干扰问题成为超声速流动的研究重点之一。

目前对于二元超声速进气道的激波/边界层干扰控制研究，主要集中在对边界层抗逆压力梯度特性的改善方面，如开设吹除槽、放气槽和安装涡流发生器等。现有研究结果表明，上述控制方法对激波/边界层干扰引起的流动分离有明显的控制效果。在各种干扰现象中，唇罩激波/边界层干扰往往较为强烈，且直接影响进气道的工作性能。目前对于唇罩激波与侧板边界层干扰所提的改善措施较少，实际工作中侧壁的边界层在外压缩面和唇罩斜激波的逆压力梯度影响下，侧壁面的边界层极易发生分离，直接影响侧壁面附近的压缩面流场，导致进气道总压恢复系数和流量系数的下降。

发明内容

发明目的：为了减弱二元超声速进气道外压缩面及唇罩斜激波与侧板边界层干扰造成的总压损失和流量损失，本发明提供了一种具有台阶式侧板的二元超声速进气道，以提高进气道的流量和总压恢复系数。

技术方案：为达到上述目的，本发明提供以下技术方案。

一种具有台阶式侧板的二元超声速进气道，包括内压缩面、外压缩面、位于内压缩面上方的唇罩、侧板；所述内压缩面及唇罩之间形成进气道的内通道，内压缩面位于内通道的入口内部，外压缩面位于内通道的入口外部；所述侧板包括位于唇罩及内压缩面外侧的第一侧板、位于外压缩面外侧的第二侧板；所述第一侧板形成内通道的侧壁；所述第二侧板与第一侧板相交处形成一个台阶落差，第二侧板的高度低于第一侧板的高度，且第二侧板的上边缘形成连续的由高到低延伸的斜边缘。

有益效果：本发明通过设置台阶式的侧板，即第二侧板并没有完全遮挡进气道进口的外侧，而是将进气道进口处外侧通过台阶落差的形式露出一部分溢流口。此方法同时减弱了三方面的负面效果；一是进气道进口的边界层重新发展，减弱二元进气道内通道的角区涡对总压损失的影响；二是减弱外压缩面的斜激波与唇口侧板附近的边界层干扰；三是减弱唇口斜激波与进气道内通道侧板的边界层干扰。进气道进口处的分离包明显减小，增大了进气道的有效流通面积。对比现有的控制方案和不加控制的基础型面，具有台阶式侧板的进气道能够在不牺牲流量且流量有一定提高的情况下，有效提高了进气道的总压恢复系数，提高进气道的性能。

附图说明

图1是本发明中具有台阶式侧板的二元超声速进气道内部三维结构图。

图2是本发明中具有台阶式侧板的二元超声速进气道外部三维结构图。

图3是台阶式侧板的正视图。