轴对称可调进气道中心锥体附面层吸除结构

摘要

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种轴对称可调进气道中心锥体附面层吸除结构。所述结构中，中心锥安置在中心锥杆上，可沿轴线方向前后滑动；中心锥杆由中空支板固定在外壳上；整个进气道流道分割为主流道、支板空腔、中心锥杆空腔、吸除腔和作动机构腔；工作过程中，当来流空气进入进气道后，附面层将顺次经过附面层吸除孔、吸除腔、导流孔、中心锥杆空腔以及支板空腔，最后在出口处排入大气。本发明解决了轴对称可调进气道中心锥处附面层气体导出的困难，吸除腔的设计，可以自然的将从中心锥尾部与中心锥杆间空隙进入的高温空气排出大气，无需设计专门的密封结构或进行采用紧密配合工艺的加工，大大降低了加工精度和成本。

说明书

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种轴对称可调进气道中心锥体附面层吸除结构。

背景技术

进气道承担着对来流空气捕获、压缩和整流的作用，是吸气式发动机的关键部件之一。空天飞行器飞行包线极宽，为综合各类推进系统的优势，往往需要采用组合动力发动机。不同飞行马赫数下，组合发动机对进气道压缩量的需求差异极大：按照高马赫数设计的进气道内收缩比较大，在低马赫数下容易发生不起动问题；而按照低马赫数设计的进气道总收缩比较小，在高马赫数下的临界总压恢复系数极低，难以满足组合发动机的工作需要，因此常常需要采用几何可调设计。

如图1所示，轴对称可调进气道是一种典型的可调进气道，通过中心锥的前后平移来改变捕获面积和喉道面积，进而实现对总收缩比的大范围调节。图中101、102分别表示中心锥体前后平移的两个位置。

图2给出了该类进气道压缩段的典型流场分布：该类进气道外压缩量有限，中心锥201前尖发出的锥尖激波202较弱，唇口板203前缘发出的唇口激波204较强；而中心锥附面层206发展比较充分，唇口激波204很容易在进气道肩部诱发边界层分离205，容易可能导致进气道出现不起动或流场不稳定等恶劣情况。

为了消除唇口激波诱发的壁面分离，对附面层进行吸除是一种常见的手段。由于附面层所在的中心锥被主流道包围，因此只能设计专门的吸除通道将吸除气流通过中心锥支板内部的空腔排入大气。对于轴对称可调进气道而言，若采用专门的吸气管道设计，则需要采用高弹性耐热材料，以适应中心锥前后运动而产生的几何长度变化。

此外，来流空气总温会随着飞行马赫数的增加而快速提高，可调进气道需要采取措施隔离来流空气以保护内部的作动机构。

国外成功应用的宽域轴对称可调进气道很少，也通常会在中心锥肩部同样采用了附面层吸除措施，但其内部结构并未公布，仅能从其原理图上看出所吸除的附面层气流同样经由中心锥支板内的空腔排入大气。

结合图3，采用导气管路将中心锥附面层吸除气流导入中心锥支板空腔的结构方案仅适用于型面固定的轴对称进气道。若用于可调进气道，则管路必须采用高弹性耐高温材料，实现难度较大，且运动距离受材料弹性的限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种轴对称可调进气道中心锥附面层吸除结构方案，在中心锥位置改变后，均可顺畅的将所吸除的中心锥附面层气流导入大气，具有结构简单、成本低廉等优点。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种轴对称可调进气道中心锥体附面层吸除结构，所述轴对称可调进气道的主体结构包括：中心锥1、中心锥杆3和外壳5；

所述中心锥1安置在中心锥杆3上，可沿轴线方向前后滑动；所述中心锥杆3由若干中空的支板6固定在外壳5上；整个进气道流道由以上结构分割为主流道8、支板空腔9、中心锥杆空腔10、吸除腔11和作动机构腔13多个空间；

其中，所述主流道8介于中心锥1、中心锥杆3与外壳5之间；

所述支板空腔9由所述若干中空的支板6与中心锥杆3外表面构成；所述支板空腔9开设有通往大气的出口7；所述支板空腔9通过支板6上的中空开孔与中心锥杆空腔10联通；

所述中心锥杆空腔10由所述中心锥杆3内壁构成，且中心锥杆空腔10通过中心锥杆3头部带有的导流孔12与吸除腔11联通；

所述吸除腔11由中心锥1与中心锥杆3构成，且吸除腔11通过中心锥1上带有的附面层吸除孔4与主流道8联通；

所述中心锥1头部内部构成所述作动机构腔13；

工作过程中，当来流空气进入进气道后，中心锥1外表面的附面层将顺次经过附面层吸除孔4、吸除腔11、导流孔12、中心锥杆空腔10以及支板空腔9，最后在支板空腔9的出口7处排入大气。

其中，所述中心锥1由滑动轴承2安置在中心锥杆3上。

其中，所述中心锥1为薄壁结构中心锥。

其中，所述中心锥杆3为薄壁结构中心锥杆。

其中，所述中心锥1沿中心锥杆3前后滑动时，吸除腔11始终通过导流孔12与中心锥杆空腔10联通，因此中心锥1的前后移动并不会对吸除通道的连通性造成影响。

其中，所述中心锥1与中心锥杆3为同轴结构。

其中，所述中心锥1尾部与中心锥杆3之间允许存在一定的间隙通道14；由于进气道主流道8下游压力较高，主流道8内的空气同样会经由该间隙通道14进入吸除腔11，与从附面层吸除孔4进入的附面层气流一起排入大气。

其中，所述中心锥1尾部与中心锥杆3之间不存在间隙。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明具备如下区别技术特征：

(1)本发明的中心锥体附面层吸除结构由带有附面层吸除孔4的薄壁结构中心锥1、头部带有导流孔12的薄壁结构中心锥杆3和中空的支板结构6等部分，以及由以上结构围成的吸除腔11、中心锥空腔10、支板空腔9等空间组成；

(2)中心锥1、中心锥杆3为同轴轴对称结构，中心锥可以沿中心锥杆前后滑动，对二者间尾部间隙不作约束或特殊设计；

(3)中心锥前后滑动过程中，吸除腔11和中心锥杆空腔10始终经过中心锥杆3前部的导流孔12保持连通；

(4)本发明对吸除孔4、导流孔12和支板空腔9的截面形状不作约束，对吸除腔11、中心锥杆空腔10的形状也不作约束。

据此，本发明具备如下有益效果：

(1)本发明提供了一种简单有效的中心锥附面层吸除结构方案，解决了轴对称可调进气道中心锥处附面层气体导出的困难，与弹性导气管路的解决方案相比，仅使用常用金属材料进行常规加工即可，结构更可靠；

(2)本发明吸除腔的设计，可以自然的将从中心锥尾部与中心锥杆间空隙进入的高温空气排出大气，无需设计专门的密封结构或进行采用紧密配合工艺的加工，大大降低了加工精度和成本；

(3)本发明结构中附面层吸除结构腔体与作动机构腔自然隔离，大大降低了高温空气对作动机构可能造成的影响和破坏。

附图说明

图1至图3为现有技术示意图。

图4为本发明技术方案示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术问题，本发明提供一种轴对称可调进气道中心锥体附面层吸除结构。

如图4所示，本发明所提供的所述轴对称可调进气道的主体结构包括：中心锥1、中心锥杆3和外壳5；

所述中心锥1安置在中心锥杆3上，可沿轴线方向前后滑动；所述中心锥杆3由若干中空的支板6固定在外壳5上；整个进气道流道由以上结构分割为主流道8、支板空腔9、中心锥杆空腔10、吸除腔11和作动机构腔13多个空间；

其中，所述主流道8介于中心锥1、中心锥杆3与外壳5之间；

所述支板空腔9由所述若干中空的支板6与中心锥杆3外表面构成；所述支板空腔9开设有通往大气的出口7；所述支板空腔9通过支板6上的中空开孔与中心锥杆空腔10联通；

所述中心锥杆空腔10由所述中心锥杆3内壁构成，且中心锥杆空腔10通过中心锥杆3头部带有的导流孔12与吸除腔11联通；

所述吸除腔11由中心锥1与中心锥杆3构成，且吸除腔11通过中心锥1上带有的附面层吸除孔4与主流道8联通；

所述中心锥1头部内部构成所述作动机构腔13；

工作过程中，当来流空气进入进气道后，中心锥1外表面的附面层将顺次经过附面层吸除孔4、吸除腔11、导流孔12、中心锥杆空腔10以及支板空腔9，最后在支板空腔9的出口7处排入大气。

其中，所述中心锥1由滑动轴承2安置在中心锥杆3上。

其中，所述中心锥1为薄壁结构中心锥。

其中，所述中心锥杆3为薄壁结构中心锥杆。

其中，所述中心锥1沿中心锥杆3前后滑动时，吸除腔11始终通过导流孔12与中心锥杆空腔10联通，因此中心锥1的前后移动并不会对吸除通道的连通性造成影响。

其中，所述中心锥1与中心锥杆3为同轴结构。

其中，所述中心锥1尾部与中心锥杆3之间允许存在一定的间隙通道14；由于进气道主流道8下游压力较高，主流道8内的空气同样会经由该间隙通道14进入吸除腔11，与从附面层吸除孔4进入的附面层气流一起排入大气。

其中，所述中心锥1尾部与中心锥杆3之间不存在间隙。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。