申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2018-05-09

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN108412619B

主分类号：F02C7/042

分类号：F02C7/042;F02C7/057;F02C7/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2018.09.11#实质审查的生效;2018.08.17#公开

摘要：本发明公开了一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，该进气道外压段由两级压缩面组成，进气道喉道的下壁面通过铰链与涡轮发动机流道下壁面连接，且其可上下平行移动。涡轮发动机流道下壁面通过铰链与下游扩压器连接，其可绕铰链转动。其中，第二级压缩面通过一根连杆与连杆丝杆连接件连接，喉道段通过两根连杆与同一连杆丝杆连接件连接，喉道段、两根连杆及连杆丝杆连接件组成平行四边形连杆机构，实现喉道段位置的上下移动，并且在移动过程中保持水平，丝杆通过一个电机控制其沿竖直方向运动，从而实现了采用单一变量对进气道的第二级压缩面几何角度和喉道高度两个几何参数多自由度的控制。

主权项：1.一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，其特征是，包括依次连接的进气道外压段、进气道喉道和涡轮发动机流道；所述进气道外压段包括通过铰链相连的第一级压缩面和第二级压缩面；所述进气道喉道的下壁面通过铰链与涡轮发动机流道的下壁面的一端连接，涡轮发动机流道的下壁面的另一端通过铰链连接有涡轮发动机流道扩压器；所述进气道喉道的底部设置有垂直升降的升降结构；所述升降结构包括喉道连杆、第二级压缩面连杆、依次连接的连接件、电机和丝杆；所述喉道连杆、第二级压缩面连杆的底部均位于连接件上；所述喉道连杆的顶部与进气道喉道的下壁面相连接；所述第二级压缩面连杆与第二级压缩面的端部相连接；所述丝杆通过电机沿竖直方向运动；所述喉道连杆设置有两根；所述喉道下壁面、两根喉道连杆和连接件组成平行四边形连杆机构。

全文数据：一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道技术领域[0001]本发明涉及一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，属于组合动力进气道设计技术领域。背景技术[0002]国家提出空天一体化的战略，意味着未来空中优势的争夺将逐渐转变成空天优势的争夺。空天飞行器以其独有的作战优势，正受到世界各强国的广泛关注。组合动力推进系统综合了不同推进系统的优势，可满足未来空天飞行器的宽飞行包线的需求。目前常见的组合动力推进系统主要有火箭基组合循环RBCC和涡轮基组合循环TBCC。其中涡轮基组合循环推进系统具有可重复使用、成本低、安全性高等特点，是未来空天飞行器推进系统重要的选择之一。[0003][0004]TBCC推进系统依靠两个不同工作模式的发动机完成从地面起飞，加速至超声速飞行，历经亚声速、跨声速、超声速直至加速至Ma4+。在整个工作过程中进气系统对整个推进系统的性能起着关键性作用，制约着整个推进系统功能的发挥和性能的提高。改进进气系统的气动性能和不同飞行状态下的适用性被国际上确定为发展TBCC发动机的关键技术之一。由此可见，TBCC进气道不同于其他普通航空发动机的进气道，它要在非常宽广的飞行范围内以及飞行工况多变的条件下向TBCC推进系统提供高品质的流场，这就要求进气道在整个飞行过程中通过改变自身的形状来适应飞行状态的变化，如果进气道不能正常工作，TBCC推进系统的效率将大大降低，以致不能正常工作。[0005]为了使TBCC推进系统在不同的飞行状态下都能正常高效的工作，发展一种变几何进气道与TBCC推进系统相匹配是十分必要的。发明内容[0006]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，满足进气道在宽速域范围内能正常工作且满足气动性能要求，组合动力进气道型面需要根据不同的来流条件进行调节。[0007]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：[0008]一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，其特征是，包括依次连接的进气道外压段、进气道喉道和涡轮发动机流道；[0009]所述进气道外压段包括相互铰链的第一级压缩面和第二级压缩面;所述进气道喉道的下壁面通过铰链与涡轮发动机流道的下壁面的一端连接，涡轮发动机流道的下壁面另一端通过铰链连接有涡轮发动机流道扩压器;所述进气道喉道的底部设置有垂直升降的升降结构。[0010]前述的一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，其特征是，所述升降结构包括喉道连杆、第二级压缩面连杆、依次连接的连接件、电机和丝杆;所述喉道连杆、第二级压缩面连杆的底部均位于连接件上;所述喉道连杆的顶部与进气道喉道的下壁面相连接；所述第二级压缩面连杆与第二级压缩面的端部相连接;所述丝杆通过电机沿竖直方向运动。[0011]前述的一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，其特征是，所述喉道连杆设置有两根;所述喉道下壁面、两根喉道连杆和连接件组成平行四边形连杆机构。[0012]前述的一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，其特征是，所述涡轮发动机流道的下壁面的正上方设置有模态转换装置;所述模态转换装置包括驱动电机、连接杆、调节块和连接槽;所述调节块安装在连接槽上;所述驱动电机通过连接杆与调节块的顶部连接;所述调节块一端与涡轮发动机流道扩压器相连接，另一端与涡轮发动机流道的下壁面的距离通过驱动电机调节。[0013]本发明所达到的有益效果：本装置为减少可调进气道的控制机构，将进气道压缩面角度的调节和喉道高度的调节采用一个控制机构进行控制，同时通过控制机构位置的选择使其保证不同来流条件压缩面角度和喉道高度均能满足预期要求，保证了进气道在不同来流条件下的性能。附图说明[0014]图1是本发明并联式组合动力进气道在来流马赫数为1.5时的型面图；[0015]图2是本发明并联式组合动力进气道在来流马赫数为2.0时的型面图；[0016]图3是本发明并联式组合动力进气道在来流马赫数为3.0时的型面图；[0017]图4是本发明并联式组合动力进气道在来流马赫数为4.0时的型面图；[0018]图5是本发明并联式组合动力进气道第二级压缩面角度和喉道高度随来流马赫变化规律。[0019]图中图标的含义分别为：[0020]1-进气道第一级压缩面、2-进气道第二级压缩面、3-进气道侧板、4-进气道喉道的下壁面、5-模态转换装置、6-涡轮发动机流道扩压器、7-涡轮发动机流道下壁面、8-喉道连杆、9-电机、10-丝杆、11-连接件、12-第二级压缩面连杆，01、02、03_铰链，S2-第二级压缩面与第一级压缩面夹角，Ht-喉道高度。具体实施方式[0021]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。[0022]本发明一种多自由度单变量控制并联式组合动力可调进气道设计方案及工作方法整体示意图如图1所示。[0023]该并联式组合动力可调进气道外压缩段由两级压缩面组成，其中进气道第一级压缩面1为固定角度，进气道第二级压缩面2角度可随来流马赫数增大而增大，第二级压缩面与第一级压缩面角度可从0°增大到12°并且第二级压缩面绕01铰链转动。进气道第二级压缩面2通过第二级压缩面连杆12与连接件11连接，其角度随连接件11的位置变化而变化。进气道的喉道下壁面4可随来流马赫数増大而减小，喉道高度可从530mm减小至180mm，喉道下壁面4通过02铰链与涡轮发动机流道下壁面7相连，涡轮发动机流道下壁面7通过03铰链涡轮发动机流道扩压器6相连。[0024]为保证进气道喉道的下壁面4在运动过程中保持水平，采用两根喉道连杆8将进气道喉道的下壁面4与连杆丝杆连接件11连接，从而组成平行四边形机构。当连接件11上下移动时，实现进气道喉道的下壁面4位置的改变，从而改变喉道高度。连接件H与丝杆1〇固定，通过电机9的驱动实现连接件11的位置的控制，完成了第二级压缩面角度和喉道高度的调节，实现了采用单一电机控制进气道两个几何参数的变化，且其变化规律符合预期要求。[0025]其中，随着连接件11的向上移动，进气道第二级压缩面2和进气道喉道的下壁面4的位置如图2-4所示。如图2所示当进气道第二级压缩面2与第一级压缩面1角度为3.5°时，喉道高度为450mm;如图3所示当进气道第二级压缩面2与第一级压缩面1角度为9.5°时，喉道高度为260mm;如图4所示当进气道第二级压缩面2与第一级压缩面1角度为12°时，喉道高度为l8〇mm。如图5所示第二级压缩面2与第一级压缩面1夹角S2以及喉道高度Ht，随来流马赫数MaO变化规律。[0026]本具体实施例中，模态转换装置中的调节块采用三角形，三角形的最短边的一端通过连接杆连接在本装置上，另一端与涡轮发动机流道扩压器6的顶端相连接。在不同来流条件下，通过调节模态转换装置的位置控制进入涡轮发动机通道和冲压发动机通道的流量。[0027]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。

权利要求：1.一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，其特征是，包括依次连接的进气道外压段、进气道喉道和涡轮发动机流道；所述进气道外压段包括通过铰链相连的第一级压缩面和第二级压缩面;所述进气道喉道的下壁面通过铰链与涡轮发动机流道的下壁面的一端连接，涡轮发动机流道的下壁面的另一端通过铰链连接有涡轮发动机流道扩压器;所述进气道喉道的底部设置有垂直升降的升降结构。2.根据权利要求1所述的一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，其特征是，所述升降结构包括喉道连杆、第二级压缩面连杆、依次连接的连接件、电机和丝杆;所述喉道连杆、第二级压缩面连杆的底部均位于连接件上;所述喉道连杆的顶部与进气道喉道的下壁面相连接;所述第二级压缩面连杆与第二级压缩面的端部相连接;所述丝杆通过电机沿竖直方向运动。3.根据权利要求2所述的一种多自由度单变量控制组合动力可调进气道，其特征是，所述喉道连杆设置有两根;所述喉道下壁面、两根喉道连杆和连接件组成平行四边形连杆机构。

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