本發(fā)明涉及飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種超聲速飛行器進(jìn)氣道。

背景技術(shù)：

超聲速進(jìn)氣道作為高速飛行器的關(guān)鍵部件之一，不僅肩負(fù)著流量捕獲與調(diào)節(jié)、來流動(dòng)能轉(zhuǎn)化與利用等功能，還在調(diào)節(jié)出口流速大小與均勻性及隔離上下游擾動(dòng)等方面起著重要作用。同時(shí)，由于超聲速進(jìn)氣道是連接推進(jìn)系統(tǒng)和飛行器的重要部件，因而其也會(huì)對(duì)飛行器的氣動(dòng)力特性、結(jié)構(gòu)重量及隱身性能產(chǎn)生顯著影響。據(jù)分析，對(duì)于飛行馬赫數(shù)在2.0以下的常規(guī)航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)而言，進(jìn)氣道總壓恢復(fù)系數(shù)每上升1％，可使其推力增加1.5％，單位燃油消耗率下降2.5％，而對(duì)于更高馬赫工作的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其總推力的50％以上來源于復(fù)雜進(jìn)排氣系統(tǒng)。因此，為吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)配備性能優(yōu)良的進(jìn)氣道，對(duì)整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)乃至整個(gè)飛行器綜合性能的提高具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，目前對(duì)超聲速飛行器在較寬工作馬赫數(shù)下的綜合性能提出了更高的要求，為此發(fā)動(dòng)機(jī)必須要在寬馬赫數(shù)、大攻角范圍內(nèi)可靠工作且獲得較高性能。然而，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道均基于某一特定馬赫數(shù)設(shè)計(jì)，其幾何結(jié)構(gòu)不可變。對(duì)于定幾何的進(jìn)氣道，若其設(shè)計(jì)馬赫數(shù)較高，則其在低馬赫數(shù)下會(huì)因內(nèi)收縮比過大而難以起動(dòng)；反之，若其設(shè)計(jì)馬赫數(shù)較低，則其在高馬赫數(shù)飛行時(shí)會(huì)因內(nèi)收縮比較小而使喉道馬赫數(shù)較大，從而在結(jié)尾激波處產(chǎn)生較大損失，帶來進(jìn)氣道總壓恢復(fù)性能低的問題。因此，為滿足進(jìn)氣道在寬馬赫數(shù)下穩(wěn)定高效工作的需求，有必要通過變幾何方法匹配其內(nèi)收縮比與工作馬赫數(shù)。

對(duì)于二元進(jìn)氣道，其結(jié)構(gòu)較簡單，可通過設(shè)置鉸鏈、轉(zhuǎn)軸等方式對(duì)進(jìn)氣道內(nèi)收縮比進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而，采用這些調(diào)節(jié)方式時(shí)，型面之間常常會(huì)產(chǎn)生縫隙，為了保證縫隙不至太大而使進(jìn)氣道內(nèi)壁面產(chǎn)生明顯不連續(xù)，內(nèi)收縮比調(diào)節(jié)范圍有限，因而限制飛行器的工作馬赫數(shù)范圍。此外，這些調(diào)節(jié)方式較少考慮進(jìn)氣道內(nèi)的激波/邊界層干擾問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種連續(xù)可調(diào)進(jìn)氣道，具有適應(yīng)寬馬赫數(shù)范圍的變幾何調(diào)節(jié)方式，以根據(jù)進(jìn)氣道的實(shí)際工況對(duì)內(nèi)收縮比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使進(jìn)氣道在寬工作馬赫數(shù)范圍內(nèi)保持可靠、高效。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明剛性/柔性結(jié)合的連續(xù)可調(diào)進(jìn)氣道可采用如下技術(shù)方案：一種剛性/柔性組合調(diào)節(jié)的連續(xù)可調(diào)進(jìn)氣道，包括進(jìn)氣道唇罩、位于進(jìn)氣道唇罩兩側(cè)的側(cè)壁、位于進(jìn)氣道唇罩前下方的前體壓縮面、連接前體壓縮面后端并向后延伸的內(nèi)壓段、連接內(nèi)壓段后端并向后延伸的喉道段、連接喉道段后端并向后延伸的擴(kuò)壓段、位于喉道段背對(duì)唇罩一側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)桿、承載轉(zhuǎn)動(dòng)桿且自前向后延伸的滑動(dòng)桿、驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)桿前后移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；所述內(nèi)壓段的前端與前體壓縮面的后端鉸接；所述喉道段的前端與內(nèi)壓段的后端鉸接；所述擴(kuò)壓段為柔性材料；轉(zhuǎn)動(dòng)桿的前端鉸接于喉道段背對(duì)唇罩的一側(cè)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的后端鉸接于滑動(dòng)桿上；當(dāng)滑動(dòng)桿向前移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的前端頂住喉道段向唇罩移動(dòng)使喉道段與唇罩之間的距離變?。划?dāng)滑動(dòng)桿向后移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的前端拉回喉道段使喉道段與唇罩之間的距離變大。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明進(jìn)氣道中通過設(shè)置通過鉸接及柔性材料配合而形成的可以變形的喉道段、內(nèi)壓段、擴(kuò)壓段。喉道段、內(nèi)壓段、擴(kuò)壓段共同形成內(nèi)壓面，并通過滑動(dòng)桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而使內(nèi)壓面與唇罩之間的距離拉大或者縮小，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣道內(nèi)收縮比的調(diào)節(jié)。可根據(jù)飛行器工作馬赫數(shù)對(duì)進(jìn)氣道內(nèi)收縮比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使進(jìn)氣道在較寬馬赫數(shù)范圍內(nèi)都具有良好的性能。

而上述進(jìn)氣道的控制方法可采用以下技術(shù)方案：

當(dāng)工作馬赫數(shù)發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)壓段、喉道段、擴(kuò)壓段均在轉(zhuǎn)動(dòng)桿的帶動(dòng)下出現(xiàn)移動(dòng)、變形，內(nèi)壓段面對(duì)唇罩的表面、喉道段面對(duì)唇罩的表面、擴(kuò)壓段(11)面對(duì)唇罩的表面共同形成內(nèi)壓面；進(jìn)氣道在低馬赫數(shù)起動(dòng)過程時(shí)，滑動(dòng)桿向后移動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿將內(nèi)壓面與唇罩之間的距離拉大；進(jìn)氣道在高馬赫數(shù)飛行狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)桿向前移動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿將內(nèi)壓面與唇罩之間的距離縮小，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣道內(nèi)收縮比的調(diào)節(jié)。

具體的，進(jìn)氣道變馬赫數(shù)的范圍為m1-m2，其中m1<m2；

(1)當(dāng)工作馬赫數(shù)低于m1時(shí)，進(jìn)氣道驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)滑動(dòng)桿位于最后端位置，此時(shí)內(nèi)壓面與唇罩之間的距離最大，內(nèi)收縮比最小，進(jìn)氣道獲得最佳起動(dòng)能力；

(2)當(dāng)工作馬赫數(shù)達(dá)m1且上升時(shí)，進(jìn)氣道驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)桿向前移動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)使進(jìn)氣道內(nèi)壓面與唇罩之間的距離變小，內(nèi)收縮比不斷增加，滿足來流壓縮量增加的需求；

(3)當(dāng)工作馬赫數(shù)達(dá)m2時(shí)，進(jìn)氣道驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)滑動(dòng)桿位于最前端位置，此時(shí)內(nèi)壓面與唇罩之間的距離最小，內(nèi)收縮比最大，能滿足高馬赫數(shù)工作時(shí)大壓縮量的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明剛性/柔性結(jié)合的連續(xù)可調(diào)進(jìn)氣道的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中內(nèi)壓段、喉道段密封裝置示意圖。

圖3是本發(fā)明中擴(kuò)壓段的立體圖。

圖4是本發(fā)明剛性/柔性結(jié)合的連續(xù)可調(diào)進(jìn)氣道的典型工作狀態(tài)圖。

其中圖4(a)是飛行馬赫數(shù)分別為2時(shí)滑動(dòng)桿向進(jìn)氣道進(jìn)口方向移動(dòng)的示意圖；、圖4(b)飛行馬赫數(shù)分別為3時(shí)滑動(dòng)桿向進(jìn)氣道進(jìn)口方向移動(dòng)的示意圖、圖4(c)是飛行馬赫數(shù)分別為4時(shí)滑動(dòng)桿向進(jìn)氣道進(jìn)口方向移動(dòng)的示意圖；從圖4(a)至圖4(c)，進(jìn)氣道喉道為不斷縮小的狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明公開了一種剛性/柔性組合調(diào)節(jié)的連續(xù)可調(diào)進(jìn)氣道，包括進(jìn)氣道唇罩4、位于進(jìn)氣道唇罩兩側(cè)的側(cè)壁5、位于進(jìn)氣道唇罩4前下方的前體壓縮面6、連接前體壓縮面6后端并向后延伸的內(nèi)壓段9、連接內(nèi)壓段9后端并向后延伸的喉道段10、連接喉道段10后端并向后延伸的擴(kuò)壓段11、位于喉道段10背對(duì)唇罩4一側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)桿12、承載轉(zhuǎn)動(dòng)桿且自前向后延伸的滑動(dòng)桿13、驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)桿13前后移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置14、承載滑動(dòng)桿13的滑軌16、承載滑軌16及驅(qū)動(dòng)裝置14的底座8。所述底座8自前向后延伸。喉道段10連同擴(kuò)壓段11與底座8之間形成空間，所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿12、滑動(dòng)桿13、滑軌16、驅(qū)動(dòng)裝置14均位于該空間中。所述底座8的后端設(shè)有位于上述空間內(nèi)的出口段20；所述出口段20面對(duì)擴(kuò)壓段11后端的一面上設(shè)有導(dǎo)軌161，所述擴(kuò)壓段11的后端通過導(dǎo)軌161與出口段20滑動(dòng)連接。

所述內(nèi)壓段9的前端與前體壓縮面6的后端鉸接；所述喉道段10的前端與內(nèi)壓段9的后端鉸接；所述擴(kuò)壓段11為柔性材料，更具體的，擴(kuò)壓段11為柔性彈簧鋼材料，具有較好的變形和恢復(fù)能力，以保證其能通過變形來滿足進(jìn)氣道整體幾何變化的需要，；轉(zhuǎn)動(dòng)桿的前端鉸接于喉道段10背對(duì)唇罩的一側(cè)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的后端鉸接于滑動(dòng)桿13上；當(dāng)滑動(dòng)桿向前移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的前端頂住喉道段向唇罩移動(dòng)使喉道段與唇罩之間的距離變?。划?dāng)滑動(dòng)桿向后移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的前端拉回喉道段使喉道段與唇罩之間的距離變大。

在本實(shí)施方式中，為了進(jìn)一步的能夠?qū)淼蓝闻c唇罩之間的距離進(jìn)行控制，所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿設(shè)置為兩個(gè)且一前一后設(shè)置，位于前方的轉(zhuǎn)動(dòng)桿前端鉸接于喉道段10前端，位于后方的轉(zhuǎn)動(dòng)桿前端鉸接于喉道段10后端。所述兩轉(zhuǎn)動(dòng)桿12不限于等長，且其安裝位置也不限于平行，即可以通過更改兩轉(zhuǎn)動(dòng)桿12的長度和安裝角度滿足喉道段10的位置及形態(tài)需求。所述內(nèi)壓段9、喉道段10、兩轉(zhuǎn)動(dòng)桿12和滑動(dòng)桿13共同組成剛性活動(dòng)的部分，所述擴(kuò)壓段11為柔性變形的部分。通過剛性活動(dòng)部分和柔性變形部分的組合調(diào)節(jié)，可以有效地控制進(jìn)氣道內(nèi)收縮比，適應(yīng)不同飛行馬赫數(shù)對(duì)于進(jìn)氣道內(nèi)收縮比的需求，并通過改變進(jìn)氣道內(nèi)通道幾何型面，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)內(nèi)收縮比的目標(biāo)。這種剛性活動(dòng)與柔性變形組合調(diào)節(jié)的方式，既能保證內(nèi)通道壁面基本連續(xù)，又能滿足內(nèi)壓面的型面需求，從而使進(jìn)氣道在較寬的工作包線內(nèi)滿足性能最優(yōu)。

所述唇罩4上設(shè)置有第一多縫放氣帶171，直接與外界相連。進(jìn)氣道前體壓縮面6兩側(cè)側(cè)板7作用為限制橫向溢流。所述前體壓縮面6的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)側(cè)板7；所述內(nèi)壓段9上均設(shè)置有第二多縫放氣帶172，內(nèi)壓段9背對(duì)唇罩一側(cè)設(shè)置有穩(wěn)壓腔18，第二多縫放氣帶172與穩(wěn)壓腔18連通，穩(wěn)壓腔18面對(duì)底座8的一側(cè)設(shè)置有限流喉道19。此第二多縫放氣帶172、穩(wěn)壓腔18、限流喉道19的組合與唇罩4上的第一多縫放氣帶171共同工作滿足抑制進(jìn)氣道中流動(dòng)分離的需求。

由于變幾何需求，本發(fā)明對(duì)運(yùn)動(dòng)部件加裝密封裝置。請(qǐng)參閱圖2及圖3，所述進(jìn)氣道內(nèi)壓段9、喉道段10兩側(cè)分別設(shè)置有一條凹槽21，其中嵌有石墨盤根22，擴(kuò)壓段11下側(cè)則粘貼有橡膠板23。所述石墨盤根22與橡膠板23共同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)變幾何進(jìn)氣道內(nèi)壓面15與側(cè)壁5之間縫隙的密封。

結(jié)合上述的進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)，對(duì)于該連續(xù)可調(diào)進(jìn)氣道的控制方法，可以結(jié)合以下實(shí)施方式操作。請(qǐng)參閱圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)所示，所述前體壓縮面6一般由多個(gè)斜面組成，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生多道前體斜激波26，以此對(duì)來流進(jìn)行初步壓縮。而所述唇罩內(nèi)表面也會(huì)誘導(dǎo)出一道或多道唇罩激波27，并在進(jìn)氣道內(nèi)收縮段28中不斷反射形成激波系，以對(duì)來流進(jìn)行進(jìn)一步減速增壓，在進(jìn)氣道喉道29處獲得適當(dāng)速度與壓力的氣流。進(jìn)入進(jìn)氣道喉道29部位的氣流在下游高反壓的作用下產(chǎn)生結(jié)尾激波30。此時(shí)，進(jìn)氣道內(nèi)收縮比對(duì)于其起動(dòng)與性能有重要意義。若內(nèi)收縮比過小則進(jìn)氣道內(nèi)收縮段28激波系較弱，無法將喉道29處氣流減速增壓至適當(dāng)程度，造成進(jìn)氣道整體性能低下，若內(nèi)收縮比過大，則喉道29位置形成高壓，使進(jìn)氣道內(nèi)收縮段28處激波系被破壞，進(jìn)而使進(jìn)氣道陷入不起動(dòng)狀態(tài)。因此，當(dāng)進(jìn)氣道的工作馬赫數(shù)發(fā)生變化時(shí)，進(jìn)氣道前體斜激波26角度發(fā)生變化，進(jìn)入進(jìn)氣道內(nèi)收縮段28的氣流速度、壓力發(fā)生變化，此時(shí)內(nèi)壓段9、喉道段10、擴(kuò)壓段11均在滑動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)裝置14的帶動(dòng)下出現(xiàn)移動(dòng)、變形，保證進(jìn)氣道在低馬赫數(shù)起動(dòng)過程中，內(nèi)壓面15整體呈現(xiàn)向下收縮狀態(tài)。故，當(dāng)工作馬赫數(shù)發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)壓段9、喉道段10、擴(kuò)壓段11均在轉(zhuǎn)動(dòng)桿的帶動(dòng)下出現(xiàn)移動(dòng)、變形，內(nèi)壓段9面對(duì)唇罩的表面、喉道段10面對(duì)唇罩的表面、擴(kuò)壓段11面對(duì)唇罩的表面共同形成內(nèi)壓面；進(jìn)氣道在低馬赫數(shù)起動(dòng)過程時(shí)，滑動(dòng)桿向后移動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿將內(nèi)壓面與唇罩之間的距離拉大；進(jìn)氣道在高馬赫數(shù)飛行狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)桿向前移動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿將內(nèi)壓面與唇罩之間的距離縮小，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣道內(nèi)收縮比的調(diào)節(jié)。所述剛性/柔性結(jié)合的連續(xù)可調(diào)進(jìn)氣道在寬馬赫數(shù)工作時(shí)將采用如下變形方案：進(jìn)氣道變馬赫數(shù)的范圍為m1-m2，其中m1<m2。

(1)當(dāng)工作馬赫數(shù)低于m1時(shí)，進(jìn)氣道驅(qū)動(dòng)裝置(14)帶動(dòng)滑動(dòng)桿位于最后端位置，此時(shí)內(nèi)壓面與唇罩之間的距離最大，內(nèi)收縮比最小，進(jìn)氣道獲得最佳起動(dòng)能力；

(2)當(dāng)工作馬赫數(shù)達(dá)m1且上升時(shí)，進(jìn)氣道驅(qū)動(dòng)裝置(14)驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)桿向前移動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)使進(jìn)氣道內(nèi)壓面(15)與唇罩之間的距離變小，內(nèi)收縮比不斷增加，滿足來流壓縮量增加的需求；

(3)當(dāng)工作馬赫數(shù)達(dá)m2時(shí)，進(jìn)氣道驅(qū)動(dòng)裝置(14)帶動(dòng)滑動(dòng)桿位于最前端位置，此時(shí)內(nèi)壓面與唇罩之間的距離最小，內(nèi)收縮比最大，能滿足高馬赫數(shù)工作時(shí)大壓縮量的需求，提供較好的臨界性能。

本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。