三维旋转等熵压缩式进气道结构的制作方法

1.本发明涉及超声速飞行器动力技术领域，特别涉及三维旋转等熵压缩式进气道结构。


背景技术：

2.随着高速、快速攻击目标对武器机动性的要求越来越高，促进超声速飞行器动力装置的高质量快速发展；其中，进气道作为超声速飞行器动力装置的一个重要部件，其功能是捕获自由来流并减速增压，向发动机提供所需的流场，因此进气道的性能直接决定着发动机的工作性能，其设计技术是超声速飞行器动力装置的关键技术之一。
3.现有超声速进气道主要分前后两段设计，前段采用激波系对气流进行压缩，后段采用亚声速扩压段设计，从而导致气流整体损失较大、压缩效率较低；同时，传统超声速的进气道普遍采用几何可调轴对称结构，通过移动中心锥实现喉部几何可控，达到调节进入进气道内流量的大小，进而控制进气道喉道马赫数。但这种进气道压缩效率低，结构复杂，重量大，工艺难度高，操作不方便，不适合用于结构要求简单、气动性能要求高、重量要求轻的飞行器动力装置。因此，设计一种压缩效率高、构型简单、可靠性高，且流量自适应调控的进气道结构，以实现进气道在较宽马赫数范围内具有较优的气动性能，成为超声速飞行器动力迫切需要解决的瓶颈技术。


技术实现要素：

4.本发明意在提供三维旋转等熵压缩式进气道结构，解决了现有的进气道压缩效率低，结构复杂，重量大，工艺难度高，操作不方便的问题。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：三维旋转等熵压缩式进气道结构，包括一级轴对称压缩段、二级轴对称压缩段和外壁壳体，所述一级轴对称压缩段和二级轴对称压缩段连接组成等熵压缩式进气道的旋转结构；所述外壁壳体采用特定空间曲线布局设计，所述外壁壳体单独构成整个进气道的外流道静子结构。
6.进一步的，所述一级轴对称压缩段由轴对称锥形等熵压缩曲面体和设置在曲面体上的周向防转孔组成；所述二级轴对称压缩段由轴对称锥形等熵压缩延伸段、第一周向定位孔和旋转传扭矩形花键组成，所述等熵压缩曲面体和等熵压缩延伸段通过第一定位块和第二定位块连接成一体，所述周向防转孔和第一周向定位孔通过销轴定位连接，所述旋转传扭矩形花键与驱动器连接。
7.进一步的，所述外壁壳体由唇罩和第二周向定位孔组成，所述唇罩的外型面与轴线成7
°
夹角，所述唇罩的内型面采用二次曲线构造；所述唇罩的后段布置附面抽吸孔；所述外壁壳体通过第二周向定位孔与上级零件定位约束。
8.与现有技术相比，本方案的有益效果：
9.1、本三维旋转等熵压缩式进气道压缩效率高、构型简单、操作简单、流量自适应可调，能满足超声速飞行器动力对进气道气动性能和结构强度的需求。
10.2、根据某超声速飞行器动力装置性能功能和结构强度的评估实例，本三维旋转等熵压缩式进气道有效减少了流动损失和提升了压缩能力，满足进气道流量自适应调控和工作马赫数较宽较高的需求，故具有较大的工程应用价值。
附图说明
11.图1是本发明三维旋转等熵压缩式进气道结构的轴测视图；
12.图2是本发明三维旋转等熵压缩式进气道结构的剖视图；
13.图3是本实施例中一级轴对称压缩段的剖视图；
14.图4是本实施例中一级轴对称压缩段的侧视图；
15.图5是本实施例中二级轴对称压缩段的剖视图；
16.图6是本实施例中二级轴对称压缩段的侧视图；
17.图7是本实施例中外壁壳体的侧视图；
18.图8是本实施例中外壁壳体的剖视图。
具体实施方式
19.下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
20.说明书附图中的附图标记包括：一级轴对称压缩段1、二级轴对称压缩段2、外壁壳体3、4、周向防转孔5、第一周向定位孔6、旋转传扭矩形花键7、第一定位块8、第二定位块9、唇罩10、第二周向定位孔11、抽吸孔12。
21.实施例
22.如附图1至图8所示：三维旋转等熵压缩式进气道结构，包括一级轴对称压缩段1、二级轴对称压缩段2和外壁壳体3，一级轴对称压缩段1和二级轴对称压缩段2通过特定的装配面及轴向、周向定位集成一体，并组成等熵压缩式进气道的旋转结构。一级轴对称压缩段1由轴对称锥形等熵压缩曲面体和设置在曲面体上的周向防转孔5组成；二级轴对称压缩段2由轴对称锥形等熵压缩延伸段、第一周向定位孔6和旋转传扭矩形花键7组成，等熵压缩曲面体和等熵压缩延伸段通过第一定位块8和第二定位块9连接成一体，从而组成了进气道的旋转结构，周向防转孔5和第一周向定位孔6通过销轴定位连接，旋转传扭矩形花键7与驱动器连接；本方案靠端面摩擦传递扭矩和接触式限位；整个进气道旋转结构是通过矩形花键与驱动器连接达到传扭目的。
23.外壁壳体3采用特定空间曲线布局设计，外壁壳体3单独构成整个进气道的外流道静子结构。外壁壳体3由唇罩10和第二周向定位孔11组成，唇罩10的外型面与唇罩10的轴线成7
°
夹角，唇罩10的内型面采用二次曲线构造，以实现宽马赫数范围内流量捕获能力；唇罩10的后段布置附面抽吸孔12，用以抽吸大马赫数下内表面上的附面层，避免流动分离；外壁壳体3通过第二周向定位孔11与上级零件定位约束。
24.本方案的设计方法具体包括如下步骤：
25.步骤1：以等熵压缩波压缩为主，设计出满足高超声速压缩能力、压缩效率的进气道压缩段型面曲线和唇罩10型面曲线；
26.步骤2：依据步骤1所得压缩段和唇罩10的型面曲线，结合空间几何约束、结构功能需求和强度破裂储备系数≮1.25要求，布局设计进气道的空间几何结构方案。
27.步骤3：基于步骤2的进气道结构方案，设计三维旋转等熵压缩式进气道的详细结构，首先设计一级轴对称压缩段1的结构，压缩面型线由步骤1确定，只需在满足强度储备的基础上,尽可能减少质量提高工作稳定性，故采用空腔流线型设计方法，其后端面设计3个互成120
°
、厚3.4mm、高4.4mm、长3.6mm的第一定位块8，用于端面摩擦传扭和轴向、周向限位，这些几何参数是通过强度校核循环迭代确定的。
28.步骤4：其次设计二级轴对称压缩段2结构，压缩延伸段型线由步骤1确定，结构功能上要求其前端与一级轴对称压缩段1端面摩擦传扭与定位，后端与上级驱动器机械接口定位与传扭，同时中心要与转轴径向配合定心，故前端面设计成3个第二定位块9和3个第一周向定位孔6，后端面设计成6个互成60
°
宽6.0mm深5.0mm的旋转传扭矩形花键7。
29.步骤5：然后设计外壁壳体3结构，其内型面型线由步骤1已确定，外型面与轴线成7
°
夹角，同时在唇罩10的后段布置两排φ2.0mm的附面抽吸孔12，用以抽吸大马赫数下唇罩10内表面上的附面层，避免流动分离，整个外壁壳体3通过第二周向定位孔11与上级零件定位约束。
30.以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。