一种内转式进气道起动性能提升方法

本发明专利属于内转式进气道内流设计领域，涉及一种基于局部吻切面收缩比重构的内转式进气道起动性能提升方法。

背景技术：

1、内转式进气道作为超燃冲压发动机的进气装置，功能是向燃烧室提供一定质量的空气，以便发动机产生足够的推力使飞行器能够高超音速飞行，其性能决定着飞行器的性能。随着航空航天科技的发展，对高超音速飞行器宽速域飞行能力的需求越来越大，由于内转式进气道溢流能力弱，导致其在低马赫数起动能力不足，无法实现吸气式高超音速飞行器宽速域飞行。

2、因此，针对上述问题提出一种内转式进气道起动性能提升方法。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的在于针对内转式进气道溢流能力弱，导致其在低马赫数起动能力不足，无法实现吸气式高超音速飞行器宽速域飞行的问题，提供一种内转式进气道起动性能提升方法，该方法通过局部吻切面收缩比重构提升内转式进气道起动性能。

2、技术方案：一种内转式进气道起动性能提升方法，包括如下步骤：

3、步骤一、确定进气道的进气道流量和起动性能规律；

4、所述进气道流量和起动性能规律包括进气道设计态流量、最低起动马赫数/收缩比分布规律、目标起动马赫数、目标流量；

5、步骤二、进气道侧向吻切面收缩比重构；

6、在目标起动马赫数和原进口型线下，进气道不起动时，根据最低起动马赫数/收缩比分布规律确定收缩比重构值，进而确定吻切面重构曲线、流量重构值；

7、步骤三、计算进气道侧向吻切面收缩比重构后的进气道的流量；

8、进气道设计态流量与所述步骤二计算的流量重构值的差值为重构后进气道的流量，重构后进气道的流量小于或等于目标流量即完成内转式进气道起动性能提升。

9、进一步的，所述步骤一中：

10、(1)进气道设计态流量可通过流量公式计算，流量公式：

11、

12、流量函数为：

13、

14、

15、式中，γ是气体的比热容比，r是气体常数，对于空气，γ＝1.4，r＝287.06，k＝0.0404142，r单位为j/(kg·k)，k单位为p*、t*分别为总压、总温；a为进气道任一截面的面积，m为马赫数；

16、(2)利用cfd数值模拟方法进行内流性能分析得到的最低起动马赫数，将待求进气道收缩比cr、最低起动马赫数带入公式(4)-(6)中，得到si曲线；

17、

18、

19、

20、式中，m∞为来流马赫数，cr为待求进气道收缩比，cri表示isentropic边界，当cr>cri时，进气道一定不起动；crk表示kantrowitz边界，当cr<crk时，进气道一定起动，介于cri、crk间为双解区域；

21、(3)确定目标起动马赫数和目标流量；

22、所述目标起动马赫数和目标流量根据设计需要确定。

23、进一步的，所述步骤二具体包括如下步骤：

24、步骤(2.1)、确定进气道原进口型线；

25、原进口型线表示为i(θ)，i(θ)为待优化进气道入口的流向投影曲线；

26、步骤(2.2)、确定吻切面重构曲线；

27、所述吻切面重构曲线包括收缩比重构值、重构面积、基准点、重构曲线方程；

28、步骤(2.3)、确定流量重构值；

29、所述流量重构值表示为将目标起动马赫数、重构面积arem代入公式(1)-(3)中得到流量重构值

30、进一步的，所述步骤(2.2)，具体包括如下步骤：

31、步骤(2.2.1)、在目标起动马赫数下，进气道不起动时，根据si准则确定收缩比重构值；进气道收缩比重构值的确定方法如下：

32、所述收缩比重构值表示为δcr，在某一收缩比下，若进气道的目标起动马赫数在isentropic边界左侧，则需要通过减少δcr的收缩比，使最低起动点提升到isentropic边界之上，则进气道可以起动；进气道的目标起动马赫数在其si曲线左侧，则需要通过减少δcr的收缩比，使最低起动点提升到其si曲线之上，则进气道可以起动；

33、步骤(2.2.2)、确定重构面积；

34、重构面积为进气道侧向吻切面重构区域的流向投影面积，根据收缩比重构值δcr，确定重构面积arem为：

35、arem＝δcr·aout(7)

36、式中，aout为进气道出口面积；

37、步骤(2.2.3)、确定重构曲线：

38、以基准点c为起点进行吻切面收缩比重构；重构曲线方程表示为r(θ)，重构曲线方程：

39、

40、其中，α控制i(θ)的修剪量，0°≤α≤180°；0°≤θ≤β，β控制重构区域的范围，其根据溢流量对应的流向捕获重构面积确定，β≤45°；

41、

42、重构曲线与原进口型线之间形成的面积即为重构面积，即

43、

44、在重构面积arem已知的情况下，解得β，进而确定重构曲线r(θ)的形状；

45、步骤(2.2.4)、重构曲线沿流向在原进气道侧向吻切面的映射即为吻切面重构曲线。

46、有益效果：本发明基于局部吻切面收缩比重构的内转式进气道起动性能提升方法，基于内流性能随收缩比变化的规律分析，通过重构进气道局部吻切面收缩比，以可接受的捕获流量降低、压缩能力削弱为代价，提升进气道在低速非设计态的起动能力。

技术特征：

1.一种内转式进气道起动性能提升方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种内转式进气道起动性能提升方法，其特征在于，所述步骤一中：

3.根据权利要求2所述的一种内转式进气道起动性能提升方法，其特征在于，所述步骤二具体包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种内转式进气道起动性能提升方法，其特征在于，所述步骤(2.2)、具体包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种内转式进气道起动性能提升方法，属于内转式进气道内流设计领域，包括如下步骤：步骤一、确定进气道的进气道流量和起动性能规律；进气道流量和起动性能规律包括进气道设计态流量、最低起动马赫数/收缩比分布规律、目标起动马赫数、目标流量；步骤二、进气道侧向吻切面收缩比重构；在目标起动马赫数和原进口型线下，进气道不起动时，根据最低起动马赫数/收缩比分布规律确定收缩比重构值，确定吻切面重构曲线、流量重构值；步骤三、计算进气道侧向吻切面收缩比重构后的进气道的流量；进气道设计态流量与步骤二计算的流量重构值的差值为重构后进气道的流量，重构后进气道的流量小于或等于目标流量即完成内转式进气道起动性能提升。技术研发人员：俞宗汉,杨英明,何小龙,陈政,张超,刘芙群,于庆宇,孙佳鑫,孟鑫受保护的技术使用者：北方工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23