用于組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)的堵錐及試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)的堵錐及試驗(yàn)裝置，屬于組合 動力進(jìn)氣道氣動設(shè)計領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 吸氣式高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)是發(fā)展高超聲速飛行器的關(guān)鍵技術(shù)，在強(qiáng)調(diào)空天一體化 的應(yīng)用背景下，該領(lǐng)域引起了世界各國的廣泛關(guān)注。高超聲速飛行器的飛行速度范圍包括 了亞聲速、超聲速以及高超聲速。吸氣式高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)需要在寬的馬赫數(shù)范圍內(nèi)為飛 行器提供動力，這將是一個巨大的挑戰(zhàn)。吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)主要有渦輪發(fā)動機(jī)、沖壓和超燃沖 壓發(fā)動機(jī)這兩種類型。其中渦輪發(fā)動機(jī)適合在較低的馬赫數(shù)下工作，沖壓和超燃沖壓發(fā)動 機(jī)適合在較高的馬赫數(shù)下工作。因此采用組合發(fā)動機(jī)的方法，將渦輪和沖壓和超燃沖壓發(fā) 動機(jī)進(jìn)行組合，可以滿足高超聲速飛行器對吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)的要求。通過國內(nèi)外相關(guān)專家 的研宄表明，組合動力發(fā)動機(jī)是吸氣式高超聲速飛行器的理性動力裝置。
[0003] 目前，組合發(fā)動機(jī)根據(jù)渦輪和沖壓和超燃沖壓發(fā)動機(jī)的布局方式可分為串聯(lián)式和 并聯(lián)式。其中，串聯(lián)式組合發(fā)動機(jī)采用前后的布局方式。模態(tài)轉(zhuǎn)換即渦輪模態(tài)與沖壓模態(tài) 的相互轉(zhuǎn)換是組合動力發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。模態(tài)轉(zhuǎn)換過程進(jìn)氣道需要保證進(jìn)入渦輪和 沖壓發(fā)動機(jī)的流量平衡以及氣流品質(zhì)滿足要求，才能使整個組合動力系統(tǒng)發(fā)揮它的優(yōu)勢。 在進(jìn)行進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)時，需要通過堵錐系統(tǒng)來模擬渦輪/沖壓發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)的改 變。目前普遍采用的進(jìn)氣道堵錐是基于等錐角設(shè)計方法，采用該方法設(shè)計的堵錐堵塞面積 與移動距離呈二次曲線關(guān)系，采用該堵錐無法滿足進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換過程對渦輪/沖壓通道 反壓的要求，影響了模態(tài)轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種在模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)過 程能使保證模態(tài)轉(zhuǎn)換過程渦輪和沖壓通道的總堵塞比不變或者按照某一線性規(guī)律變化的 堵錐及組合動力進(jìn)氣道試驗(yàn)裝置。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的用于組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)的堵 錐，所述堵錐的頂端到其與底端間直線上的任一點(diǎn)距離與頂端到底端之間直線距離之比等 于所述任一點(diǎn)的堵錐截面面積與堵錐底端面積之比；所述堵錐底端面積等于擬堵塞通道出 風(fēng)口截面面積。
[0006] 本發(fā)明還提供了采用上述堵錐的組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)裝置，包括渦輪通 道、沖壓通道和堵錐；所述渦輪通道和沖壓通道同軸設(shè)置，渦輪通道位于沖壓通道內(nèi)；所述 渦輪通道出口截面位于沖壓通道出口截面的后方；所述堵錐包括渦輪通道堵錐和沖壓通道 堵錐，所述沖壓通道堵錐用于對沖壓通道出氣口進(jìn)行堵塞，所述渦輪通道堵錐用于對渦輪 通道出氣口進(jìn)行堵塞。
[0007] 作為優(yōu)選，所述渦輪通道堵錐為彈頭形結(jié)構(gòu)；所述沖壓通道堵錐為內(nèi)設(shè)圓形通道 的半錐形結(jié)構(gòu)，所述的圓形通道直徑等于渦輪通道堵錐所堵塞的渦輪通道的外徑，所述沖 壓通道堵錐套在渦輪通道上。
[0008] 本發(fā)明的原理：在串聯(lián)式組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換過程發(fā)動機(jī)對進(jìn)氣道的要求為 進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)保持恒定或者按照某一線性規(guī)律變化，因此要保證模態(tài)轉(zhuǎn)換穩(wěn)定進(jìn)行， 渦輪和沖壓通道的總堵塞比需保持恒定或者按照某一線性規(guī)律變化。由于模態(tài)轉(zhuǎn)換過程中 渦輪和沖壓通道的堵塞比是不斷變化的，要保證總堵塞比不變或者按照某一線性規(guī)律變化 就要滿足渦輪通道堵錐和沖壓通道堵錐在移動過程中兩個通道堵塞比呈線性變化或者按 照某一線性規(guī)律變化。
[0009] 本發(fā)明的有益效果在于：（1)、在模態(tài)轉(zhuǎn)換過程中可以保證通道的總堵塞比不變或 者按照某一線性規(guī)律變化，從而保證模態(tài)轉(zhuǎn)換過程進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)保持不變或者按照某 一線性規(guī)律變化，提高模態(tài)轉(zhuǎn)換過程的穩(wěn)定性，從而保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；（2)、試驗(yàn)裝置 中渦輪通道出口和沖壓通道出口前后錯開，渦輪通道出口位于沖壓通道出口的后方，可以 避免渦輪通道堵錐和沖壓通道堵錐在移動過程中出現(xiàn)內(nèi)外通道氣流的干擾，導(dǎo)致兩個通道 實(shí)際的反壓與設(shè)想的產(chǎn)生差別，從而進(jìn)一步提升模態(tài)轉(zhuǎn)換過程的穩(wěn)定性；（3)、將沖壓通道 堵設(shè)計成半錐形，其錐橫截面設(shè)計成直角三角形可讓氣流經(jīng)過沖壓通道堵錐后盡量向外排 出，避免與渦輪通道出口氣流形成氣動干涉，改善模態(tài)轉(zhuǎn)換過程的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0010] 圖1是渦輪通道堵錐結(jié)構(gòu)圖；
[0011] 圖2是沖壓通道堵錐結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖3是渦輪通道堵錐對稱面；
[0013] 圖4是沖壓通道堵錐對稱面；
[0014] 圖5是串聯(lián)式組合動力進(jìn)氣道整體結(jié)構(gòu)圖；
[0015] 圖6是串聯(lián)式組合動力進(jìn)氣道剖視圖；
[0016] 圖7是渦輪、沖壓通道堵錐的局部視圖；
[0017] 圖8是渦輪、沖壓通道堵錐半剖圖；
[0018] 圖9是模態(tài)轉(zhuǎn)換過程渦輪、沖壓通道堵錐運(yùn)動方向圖；
[0019] 圖10是模態(tài)轉(zhuǎn)換過程渦輪、沖壓通道相對位置曲線；
[0020] 圖11是模態(tài)轉(zhuǎn)換過程進(jìn)氣道出口、渦輪/沖壓通道入口的流量系數(shù)圖；
[0021] 圖12是模態(tài)轉(zhuǎn)換過程進(jìn)氣道出口、渦輪/沖壓通道入口的馬赫數(shù)圖；
[0022] 圖中：1_串聯(lián)式組合動力進(jìn)氣道，2-進(jìn)氣道出口，3-沖壓通道，4-渦輪通道，5-沖 壓通道堵錐，6-渦輪通道堵錐，7-沖壓通道進(jìn)口截面，8-渦輪通道進(jìn)口截面。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024] 本發(fā)明中用于組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)的堵錐，包括渦輪通道堵錐和沖壓通 道堵錐，渦輪通道堵錐和沖壓通道堵錐之間相互配合實(shí)現(xiàn)組合動力進(jìn)氣道的模態(tài)轉(zhuǎn)換。
[0025]如圖1、3和8所示，渦輪通道堵錐6為彈頭形結(jié)構(gòu)，其可以在渦輪通道4內(nèi)自由移 動，對渦輪通道4進(jìn)行堵塞，圖1中顯示的渦輪通道堵錐6結(jié)構(gòu)為圖3繞對稱軸旋轉(zhuǎn)180° 形成。渦輪通道堵錐6的頂端到其與底端間直線上的某一點(diǎn)距離與頂端到底端之間直線距 離之比等于此點(diǎn)的截面面積與堵錐底端面積之比。渦輪通道堵錐6底端面積等于渦輪通道 出風(fēng)口截面8面積。為了更清楚、詳細(xì)地說明本渦輪通道堵錐6,圖8中顯示了渦輪通道堵 錐6的半剖圖，渦輪通道堵錐6的頂端到底端直線距離為AC，B為AC之間的任意一點(diǎn)，其 與A點(diǎn)之間的直線距離為渦輪通道堵錐6可移動距離AB，B點(diǎn)位置是動態(tài)的，根據(jù)渦輪通道 堵錐6移動而變化。渦輪通道堵錐6底端的面積STOT與渦輪通道出風(fēng)口截面8面積S^相 等，渦輪通道堵錐6上B點(diǎn)橫截面面積為SDEF。因此上述渦輪通道堵錐6中
【主權(quán)項】
1. 一種用于組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)的堵錐，其特征在于：所述堵錐的頂端到其 與底端間直線上的任一點(diǎn)距離與頂端到底端之間直線距離之比等于所述任一點(diǎn)的堵錐截 面面積與堵錐底端面積之比；所述堵錐底端面積等于擬堵塞通道出風(fēng)口截面面積。
2. -種組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括渦輪通道、沖壓通道和 權(quán)利要求1所述的堵錐；所述渦輪通道和沖壓通道同軸設(shè)置，渦輪通道位于沖壓通道內(nèi)；所 述渦輪通道出口截面位于沖壓通道出口截面的后方；所述堵錐包括渦輪通道堵錐和沖壓通 道堵錐，所述沖壓通道堵錐用于對沖壓通道出氣口進(jìn)行堵塞，所述渦輪通道堵錐用于對渦 輪通道出氣口進(jìn)行堵塞。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述渦輪通 道堵錐為彈頭形結(jié)構(gòu)；所述沖壓通道堵錐為內(nèi)設(shè)圓形通道的半錐形結(jié)構(gòu)，所述的圓形通道 直徑等于渦輪通道堵錐所堵塞的渦輪通道的外徑，所述沖壓通道堵錐套在渦輪通道上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于組合動力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)的堵錐，屬于組合動力進(jìn)氣道氣動設(shè)計領(lǐng)域。堵錐的頂端到其與底端間直線上的任一點(diǎn)距離與頂端到底端之間直線距離之比等于所述任一點(diǎn)的堵錐截面面積與堵錐底端面積之比；堵錐底端面積等于擬堵塞通道出風(fēng)口截面面積。在模態(tài)轉(zhuǎn)換過程中可以保證通道的總堵塞比不變或者按照某一線性規(guī)律變化，從而保證模態(tài)轉(zhuǎn)換過程進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)保持不變或者按照某一線性規(guī)律變化。本發(fā)明還公開了一種采用上述堵錐的試驗(yàn)裝置，將渦輪通道出口和沖壓通道出口前后錯開，可以避免渦輪通道堵錐和沖壓通道堵錐在移動過程中出現(xiàn)內(nèi)外通道氣流的干擾。
【IPC分類】G01M15-02
【公開號】CN104614183
【申請?zhí)枴緾N201510038378
【發(fā)明人】劉君, 袁化成, 陳文芳, 姚猛
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月26日