[发明专利]一种基于轴向超音来流变几何风扇的宽速域冲压发动机

权利要求书

1.一种基于轴向超音来流变几何风扇的宽速域冲压发动机，其特征在于：包括进气道、轴向超音通流风扇动叶、变几何风扇静叶、前整流罩活门、后整流罩、双模态燃烧室、喷管调节机构、尾喷管；前整流罩活门能够绕轴旋转，以调节风扇后超声速扩压段收缩程度；在前整流罩活门进口加装轴向超音通流风扇动叶、变几何风扇静叶；前整流罩活门与后整流罩调节机构共同调节进气道喉部面积，喷管调节机构用于调节喷管喉部通流面积；所述变几何风扇静叶在轴向超音通流模态下作为轴向超音通流风扇静叶使用，用于增加风扇出口气流的动能；所述变几何风扇静叶在低反力度风扇模态下作为内激波低反力度吸附式静叶使用，用于增加冲压发动机进气气流的总温、总压；所述双模态燃烧室在风扇轴向超音通流模态下作为超燃燃烧室使用；所述双模态燃烧室在低反力度风扇模态下作为亚燃燃烧室使用。

2.如权利要求1所述的一种基于轴向超音来流变几何风扇的宽速域冲压发动机，其特征在于：在常规冲压发动机工作马赫数下限范围2.5～3.5来流条件下，通过调整变几何风扇静叶安装角或同时调整轴向超音通流风扇动叶安装角和变几何风扇静叶安装角，使变几何风扇静叶处于轴向超音通流风扇模态，即变几何风扇静叶作为轴向超音通流风扇静叶使用，轴向超音通流风扇动叶和变几何风扇静叶进出口速度轴向分量均为超音速；通过轴向超音通流风扇动叶加功增加气流的速度，进而增加气流动能，同时变几何风扇静叶扩张通道使得气流压力能略有下降，气流动能增大，进一步增大风扇出口速度；通过调整前整流罩活门来调节超音速扩压段收缩程度，从而控制风扇后气体扩压程度；气流在喉道处马赫数大于1，喉道后气流在扩张通道加速，同时双模态燃烧室切换到超燃模态，满足超燃燃烧室进口速度和压力需求；前整流罩和后整流罩之间的间隙形成扩张通道，部分气流流经此通道提供一部分推力；当风扇处于轴向超音通流模态下，通过风扇加功作用增加气流的动能，从而增加冲压发动机的比冲、推力和总效率，从而实现涡轮发动机与冲压发动机模态转换时高推力的有效接力。

3.如权利要求1或2所述的一种基于轴向超音来流变几何风扇的宽速域冲压发动机，其特征在于：在常规冲压发动机工作马赫数下限范围2.5～3.5来流条件下，通过调整变几何风扇静叶安装角或同时调整轴向超音通流风扇动叶安装角和变几何风扇静叶安装角，使变几何风扇静叶处于低反力度风扇模态，即变几何风扇静叶作为内激波低反力度吸附式静叶使用，变几何风扇静叶进口气流为轴向超音流态、出口气流为亚音速流态，通过风扇动叶加功增加气流的速度，进而增加气流动能，同时变几何风扇静叶收缩通道通过复杂激波系将气流速度由超音速大幅降低为亚音速，气流动能下降，总温和总压急剧上升；由于变几何风扇静叶中气流的急剧减速扩压，不可避免会遭遇强激波与附面层干扰诱发的大尺度分离，通过端壁和叶表的附面层抽吸来抑制分离，有效增加变几何风扇静叶通道对气流扩压能力；通过调整前整流罩活门和后整流罩调节机构，一方面降低前整流罩与中心体形成通道的收缩度，以削弱气流在前整流罩区域的加速程度，保证喉部气流马赫数小于1，在喉部之后气流减速扩压，同时双模态燃烧室切换到亚燃模态，满足亚燃燃烧室进口速度和压力需求；另一方面使得前后整流罩形成的间隙成收敛形通道，将部分气流加速排出，从而为冲压发动机提供一部分推力；当风扇处于低反力度风扇模态下，风扇的加功扩压作用同时增加冲压发动机进气气流的总温、总压，大幅度提高冲压发动机比冲、推力和总效率，从而实现涡轮发动机与冲压发动机模态转换时高推力的有效接力。