一种带弯道型引流管的三维内转进气道

本实用新型涉及三维内转进气道附面层控制技术领域，具体涉及一种带弯道型引流管的三维内转进气道。

背景技术：

高超声速飞行是实现空天飞行的基石，高超声速技术已成为航空航天领域所关注和探讨的关键技术，高超声速飞行器是当今航空航天领域的前沿，是各航空航天大国竞相开展研究的热点领域。高超声速进气道是高超声速飞行器的重要组成部分，一方面要为发动机提供所需的空气，另一方面要对气流进行压缩，以满足后续工作部件的需求。三维内转进气道在高超声速飞行器中广泛应用，具有压缩效率高、流量捕获能力强、流动损失小等优点。三维内转进气道在高超声速飞行器上的应用满足未来高超声速飞行器的发展趋势，该进气道气动性能的研究结果已经在航空航天领域内得到认可。

虽然三维内转进气道在高超声速飞行技术上有着很好的声望，但是由于气流的黏性，在高超声速进气道的表面会形成附面层，使得靠近进气道表面的气流流速降低。附面层的厚度会随着气流流过进气道表面的长度而变化，流过的距离越长，附面层越厚，甚至会在激波和附面层叠加区域出现附面层分离现象，影响流动特性。由此可见，附面层的作用是影响高超声速进气道性能的关键问题之一，附面层控制是改善高超声速进气道性能有效方法。

技术实现要素：

为降低附面层在三维内转进气道上的负面影响，本实用新型旨在提供一种带弯道型引流管的三维内转进气道，在保证三维内转进气道优点的同时，采用弯道型引流管将三维内转进气道隔离区高压气流引入至等熵压缩区来提高附面层内低压气流的总能量，抑制附面层分离，改善流动特性。

本实用新型通过如下技术方案实现。

一种带弯道型引流管的三维内转进气道，其特征在于，包括三维内转进气道等熵压缩型面、三维内转进气道反射激波后隔离段、弯道型引流管,三维内转进气道等熵压缩型面和三维内转进气道反射激波后隔离段通过三维内转进气道肩部型线连接；三维内转进气道等熵压缩型面是以三维内转进气道进口型线和三维内转进气道肩部型线为外延的拉伸型面，三维内转进气道反射激波后隔离段是以三维内转进气道肩部型线和三维内转进气道出口型线为截面的拉伸直管，三维内转进气道出口型线是三维内转进气道肩部型线延气流方向上的投影曲线，弯道型引流管连通三维内转进气道等熵压缩型面和三维内转进气道反射激波后隔离段；弯道型引流管入口位于三维内转进气道反射激波后隔离段的上游，用于连接三维内转进气道相对高压区，弯道型引流管入口方向与三维内转进气道高压区气流方向夹角大于135°；弯道型引流管出口位于三维内转进气道等熵压缩型面上，用于连接等熵压缩区，弯道型引流管出口方向与三维内转进气道等熵压缩型面延三维内转进气道肩部型线方向夹角大于135°，弯道型引流管入口、弯道型引流管出口位于三维内转进气道同侧。

优选的，所述弯道型引流管入口(9)的截面为矩形。

优选的，所述弯道型引流管出口(8)的截面为矩形。

优选的，所述弯道型引流管(3)由等截面的两段弯道结构和一段直管结构组成。

优选的，弯道型引流管(3)的截面为扁平矩形。

一种带弯道型引流管的三维内转进气道的设计方法，包括以下步骤：

(1)生成三维内转进气道；

(2)选取三维内转进气道相对高压区作为高速气流流入位置；

(3)选取三维内转进气道相对低压区作为高速气流流出位置；

(4)根据步骤(2)、(3)中得到的高速气流流入位置和高速气流流出位置，设计引流管连通高速气流流入位置和高速气流流出位置，完成带弯道型引流管的三维内转进气道设计。

所述的步骤(1)中包括建立三维轴对称内收缩基本流场，设计进气道进口型线并将其离散成若干个点，在流场中采用流线追踪法，获得系列流线，将所生成的流线周向内排布即可获得三维内转进气道几何型面。其中三维内转进气道由入射激波波前均匀区，入射激波与反射激波间等熵压缩区以及反射激波后高压区组成。等熵压缩区附近的几何型面为三维内转进气道等熵压缩型面，反射激波后高压区附近为三维内转进气道反射激波后隔离段。三维内转进气道反射激波后隔离段与三维内转进气道等熵压缩型面通过三维内转进气道肩部型线连接；三维内转进气道等熵压缩型面是以三维内转进气道进口型线和三维内转进气道肩部型线为外延的拉伸型面；三维内转进气道的出口型线是三维内转进气道肩部型线延气流方向上的投影曲线，三维内转进气道反射激波后隔离段是以三维内转进气道肩部型线和三维内转进气道出口型线为外延截面的拉伸直管。

所述的步骤(2)中将高速气流流入位置设计于反射激波后的高压区，入口形状为矩形，该位置位于三维内转进气道反射激波后隔离段上游。

所述的步骤(3)中将高速气流流出位置设计于入射激波与反射激波间的等熵增压区，出口形状为矩形，该位置位于三维内转进气道等熵压缩型面上，且与高速气流流入位置同侧。

所述的步骤(4)中的引流管是由等截面的两段弯道结构和一段直管结构组成，分别连接高速气流流入位置与高速气流流出位置。高压区内气流以逆流的方式流入引流管，该位置的引流管入口方向与三维内转进气道高压区气流方向夹角大于135°；进入引流管内的气流以逆流的方式流入等熵压缩区，该位置的引流管出口方向与三维内转进气道等熵压缩型面延三维内转进气道肩部型线方向夹角大于135°。这种设计的引流管形状近似为弯道型，故称其为弯道型引流管。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：本实用新型的弯道型引流管是在三维内转进气道的基础上设计的，本实用新型遵循三维内转进气道的工作原理与设计方法，除了保证三维内转进气道本身的气动特性之外，可以显著拓宽三维内转进气道的工作范围。利用该进气道内部气流压力差计算设计得到的弯道型引流管可以将进气道内反射激波后高压区的气流引流至等熵压缩区，从而使等熵压缩区附面层内低压气流获得能量，实现附面层控制，并抑制进气道等熵压缩区内附面层流动分离。此外，该采用的引流管不会额外造成流量损失，在降低进气道起动马赫数的同时，保证了整个推进系统优异的推进性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施及其说明用于解释该实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是本实用新型的俯视图；

图3是本实用新型的仰视图；

图4是本实用新型的三维剖视图；

图5是本实用新型的左视图；

图6是本实用新型的对称面示意图；

附图标注：1表示进气道进口型线、2表示进气道等熵压缩型面、3表示弯道型引流管、4表示进气道肩部型线、5表示反射激波后隔离段、6表示进气道出口型线、7表示高超声速来流、8表示弯道型引流管出口、9表示弯道型引流管入口、10表示三维内转进气道入射激波、11表示入射激波后等熵压缩区、12表示三维内转进气道反射激波、13表示引流管内高压气流流向、14表示反射激波后高压区。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，藉此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。但不作为本实用新型的限定。

一种带弯道型引流管的三维内转进气道，包括三维内转进气道等熵压缩型面2、三维内转进气道反射激波后隔离段5、弯道型引流管3,三维内转进气道等熵压缩型面2和三维内转进气道反射激波后隔离段5通过三维内转进气道肩部型线4连接；三维内转进气道等熵压缩型面2是以三维内转进气道进口型线1和三维内转进气道肩部型线4为外延的拉伸型面，三维内转进气道反射激波后隔离段5是以三维内转进气道肩部型线4和三维内转进气道出口型线6为截面的拉伸直管，三维内转进气道出口型线6是三维内转进气道肩部型线4延气流方向上的投影曲线，弯道型引流管3连通三维内转进气道等熵压缩型面2和三维内转进气道反射激波后隔离段5；弯道型引流管入口9位于三维内转进气道反射激波后隔离段5的上游，用于连接三维内转进气道相对高压区14，弯道型引流管入口9方向与三维内转进气道高压区14气流方向夹角大于135°；弯道型引流管出口8位于三维内转进气道等熵压缩型面2上，用于连接等熵压缩区11，弯道型引流管出口8方向与三维内转进气道等熵压缩型面2延三维内转进气道肩部型线4方向夹角大于135°，弯道型引流管入口9、弯道型引流管出口8位于三维内转进气道同侧。当高超声速来流7流入三维内转进气道等熵压缩区11后，将在三维内转进气道等熵压缩型面2上形成附面层；根据三维内转进气道内高低压区域的分布规律，可通过将三维内转进气道反射激波后高压区14处的高压气流通过弯道型引流管入口9流入至弯道型引流管3，再由弯道型引流管出口8流出至三维内转进气道等熵压缩区11，实现低压区域中高压气流的引入，使等熵压缩区11内附面层内低速气流获得能量，实现附面层控制，并抑制进气道等熵压缩区11内附面层流动分离。

作为优选的实施方案，所述弯道型引流管入口(9)的截面为矩形。

作为优选的实施方案，所述弯道型引流管出口(8)的截面为矩形。

作为优选的实施方案，所述弯道型引流管(3)由等截面的两段弯道结构和一段直管结构组成。

作为优选的实施方案，弯道型引流管(3)的截面为扁平矩形。

一种带弯道型引流管的三维内转进气道的设计方法，包括以下步骤：

(1)生成三维内转进气道；

(2)选取三维内转进气道相对高压区作为高速气流流入位置；

(3)选取三维内转进气道相对低压区作为高速气流流出位置；

(4)根据步骤(2)、(3)中得到的高速气流流入位置和高速气流流出位置，设计引流管连通高速气流流入位置和高速气流流出位置，完成带引流管的三维内转进气道设计。

所述的步骤(1)中包括建立三维轴对称内收缩基本流场，设计进气道进口型线并将其离散成若干个点，在流场中采用流线追踪法，获得系列流线，将所生成的流线周向内排布即可获得三维内转进气道几何型面。其中三维内转进气道由入射激波波前均匀区，入射激波与反射激波间等熵压缩区以及反射激波后高压区组成。等熵压缩区附近的几何型面为三维内转进气道等熵压缩型面，反射激波后高压区附近为三维内转进气道反射激波后隔离段。三维内转进气道反射激波后隔离段与三维内转进气道等熵压缩型面通过三维内转进气道肩部型线连接；三维内转进气道等熵压缩型面是以三维内转进气道进口型线和三维内转进气道肩部型线为外延的拉伸型面；三维内转进气道的出口型线是三维内转进气道肩部型线延气流方向上的投影曲线，三维内转进气道反射激波后隔离段是以三维内转进气道肩部型线和三维内转进气道抽口型线为外延截面的拉伸直管。

所述的步骤(2)中将高速气流流入位置设计于反射激波后的高压区，入口形状为矩形，该位置位于三维内转进气道反射激波后隔离段上游。

所述的步骤(3)中将高速气流流出位置设计于入射激波与反射激波间的等熵增压区，出口形状为矩形，该位置位于三维内转进气道等熵压缩型面上，且与高速气流流入位置同侧。

所述的步骤(4)中的引流管是由等截面的两段弯道结构和一段直管结构组成，分别连接高速气流流入位置与高速气流流出位置。高压区内气流以逆流的方式流入引流管，该位置的引流管入口方向与三维内转进气道高压区气流方向夹角大于135°；进入引流管内的气流以逆流的方式流入等熵压缩区，该位置的引流管出口方向与三维内转进气道等熵压缩型面延三维内转进气道肩部型线方向夹角大于135°。这种设计的引流管形状近似为弯道型，故称其为弯道型引流管。

以上仅就本实用新型的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型保护范围内。