一种带预压缩式装置的高超声速进气道的制作方法

本发明涉及一种带预压缩式装置的高超声速进气道，涉及高超声速飞行器进气道技术领域。

背景技术：

高超声速飞行器通常意义上是指以超燃冲压发动机及其组合发动机为动力，能在临近空间中以大于5倍音速飞行的飞行器。高超声速飞行器是遂行“时敏目标快速打击”、“全球快速到达”、“快速进入空间”等任务目标的理想飞行器，其应用前景包括高超声速巡航导弹、高超声速飞机、空天飞机等多个方面。高超声速飞行器的发展对国民经济、国防建设和国家科学技术发展具有十分重大和深远意义。

进气道是指发动机流管中位于隔离段入口之前的部件，其功能是捕获足够的空气并进行高效率的压缩，向燃烧室提供一定压力、温度、速度、湍流度和流量的空气，以便发动机产生足够的推力使飞行器能够实现高超声速飞行。进气道的性能直接影响到发动机的推力性能、工作范围、工作可靠性和稳定性，因此，进气道的设计至关重要。进气道必须在提供足够的气流来满足推进系统的要求的同时保证高总压恢复、低流动分离和最小阻力。

从上个世纪中叶开始，高超声速进气道的设计与研究得到了深入的开展，从轴对称进气道，逐步向二维进气道、三维侧压进气道拓展，再到基于流线追踪技术设计的busemann进气道以及rest进气道等，对于进气道压缩能力的改进，基本都是从优化进气道各压缩部件方面展开。

而对于鼓包(凸包、bump)进气道的研究，最早见于f－16战斗机，其又称为dsi进气道，即无附面层隔道超声速进气道，之后在f－35战斗机、枭龙战斗机、歼－20战斗机等得到广泛应用，这些鼓包的作用主要是排移边界层，这是由战斗机的外形特点和飞行速度包线所决定的。因为在战斗机设计中，其进气道多是布置于机身(机翼附近)，导致流经机头到机身附近气流附面层太厚，气流品质差，影响发动机性能，为此早期的做法是设计带附面层隔板的进气道，这样可以排除附面层的影响。后来又经发展，取消了附面层隔板，利用鼓包对附面层(边界层)进行排移，即出现了dsi进气道。由于其飞行速度为亚声速、超声速(低马赫数)，因此设计时更多的考虑其对边界层的排移作用。

对于高超声速进气道而言，其性能需求和亚声速、超声速进气道不完全相同，最显著的特点是要对高马赫数来流具有足够的压缩能力，保证气流在燃烧室能更好的组织燃烧。而目前现有的高超速进气道工作时，依赖前体、进气道压缩面和收缩段的作用共同压缩来流，对来流减速增压，保证进气道出口为高品质气流，但是在应用中发现，该类进气道往往对气流压缩能力不够，气流减速增压有限，难以为燃烧室提供高品质来流，而且到达燃烧室的气流速度太高，不易组织燃烧，进而影响推力。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效提高高超声速气流压缩能力的带预压缩式装置的高超声速进气道。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种带预压缩式装置的高超声速进气道，包括进气道本体，所述进气道本体上设有与其一体成型的预压缩部，所述进气道本体包括一体成型的前体、内压缩段以及唇罩，所述内压缩段外观呈柱状且其内设有连通其前后两端面的内压缩流道，内压缩段前端的开口为内压缩流道的进气口，唇罩位于内压缩段前端的内压缩流道进气口上方，所述前体上设有倾斜的进气道压缩面且位于内压缩段前端的内压缩流道进气口下方，唇罩与前体上下相对设置，前体上的进气道压缩面朝向唇罩设置，所述预压缩部设置为凸包结构且位于唇罩下方的进气道压缩面上。

作为优选，所述进气道压缩面上的气流流动方向设为x向，与气流流动方向垂直且平行于进气道压缩面的方向设为y向，在x向和y向上，所述凸包结构为中间高且两侧高度逐渐降低的凸起。

作为优选，所述凸包结构表面为预压缩面，所述预压缩面以沿其x向的中心线对称，且所述预压缩面以沿其y向的中心线对称，预压缩面的x向的对称中心线与进气道压缩面的中心线均处于一垂直于进气道压缩面的中垂面上。

作为优选，所述预压缩面为弧形面。

作为优选，所述预压缩面的下侧边缘与进气道压缩面之间的衔接处光滑过渡。

作为优选，所述预压缩面的下侧边缘线为弧线。

作为优选，所述凸包结构的后缘延伸至内压缩流道进气口的边缘，且所述凸包结构的后缘与内压缩流道进气口处的内壁之间的衔接处光滑过渡。

作为优选，所述唇罩设置为倒置的“簸箕”状且其顶部与内压缩段的顶部平齐，唇罩的端部边缘呈弧形且其在进气道压缩面上的正投影面完全覆盖所述凸包结构，唇罩的后侧边缘线的两端点与进气道压缩面两侧的边缘线的两个端点在同一直线上，将所述直线设为唇罩底线，所述凸包结构的前缘处于唇罩底线的前侧。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：所述带预压缩式装置的高超声速进气道，结构简单，安装制作方便，现有技术中设置的凸包机构，只是为了起到排移边界层的作用，而本发明中的进气道结构，通过安装于进气道压缩面且处于压缩气流进气口处的凸包结构，且设置对称并具有弧形面的压缩面，结合顶部的唇罩结构，有效对气流进行进一步的压缩，提高气流经过进气道是的压缩效果，提高进气道整体的压缩性能，而且进气道两侧还不会出现剧烈的气流扰动，进一步提高气流流动效果，因而能为燃烧室提供高品质来流，提高推力效果。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是本发明的轴测结构示意图；

图2是本发明侧面结构示意图；

图3是本发明正面结构示意图；

图4是本发明的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围：

如图1至图4所示的一种带预压缩式装置的高超声速进气道，包括进气道本体，所述进气道本体上设有与其一体成型的预压缩部1，所述进气道本体包括一体成型的前体2、内压缩段3以及唇罩4，所述内压缩段3外观呈柱状且其内设有连通其前后两端的内压缩流道5，内压缩段3前端的开口为内压缩流道5的进气口8，唇罩位于内压缩段前端的内压缩流道进气口上方，所述前体上设有倾斜的进气道压缩面6且位于内压缩段前端的内压缩流道进气口下方，唇罩4与前体2上下相对设置，前体2上的进气道压缩面6朝向唇罩设置，所述预压缩部1设置为凸包结构且位于唇罩下方的进气道压缩面6上。

高超声速气流经过倾斜的进气道压缩面进行压缩，然后经过凸包结构，通过凸包结构使气流得到进一步被压缩，被预压缩的气流经过内压缩流道进行最后的压缩过程，进而提高整体进气道的气流压缩效果。

在本实施例中，将所述进气道的气流流动方向设置为x向，与气流流动方向垂直且平行于进气道压缩面的方向设置为y向，在y向上，所述凸包结构设置为中间高且两侧高度逐渐降低的凸起结构。在本实施例中，为进一步提高预压缩效果，所述凸包结构表面为预压缩面，所述预压缩面以沿其x向的中心线对称，且所述预压缩面以沿其y向的中心线对称，预压缩面的x向的对称中心线与进气道压缩面的中心线均处于一垂直于进气道压缩面的中垂面上，在本实施例中，所述预压缩面为弧形面，进一步提高预压缩性能的同时，还能有效避免出现激波，提高气流品质。图1至图4中所示出的凸包的位置以及形状为本实施例中的一较佳实施方式，在实际应用中，并不限于图1至图4中所示出的凸包的具体尺寸，根据实际压缩需要可以改变预压缩面的曲面的曲率或者面积大小，而且可以根据需要改变凸包顶点至凸包底面的垂直高度以及凸包底面的底面积大小，满足所需的压缩性能。

为避免气流在流动过程中，出现剧烈的激波，所述预压缩面的下侧边缘与进气道压缩面之间的衔接处光滑过渡，提高气流流动的稳定性和均匀性，避免影响气流预压缩过程，影响压缩效果，另外，在本实施例中，将所述预压缩面两侧的下侧边缘线设为弧线，如图1所示，线7为预压缩面两侧的下侧边缘线的在图中的指示线，弧线的弧度可以根据实际压缩需要进行调整和变换，弧形的边缘线有效提高气流流动的稳定性，避免出现激波。

在本实施例中，所述凸包结构的后缘9延伸至内压缩流道进气口8的边缘，且所述凸包结构的后缘与内压缩流道进气口8处的内壁之间的衔接处光滑过渡，因而避免了气流流动至凸包后缘时出现断面的情况而影响气流稳定性。

在本实施例中，所述唇罩4设置为倒置的“簸箕”状且其顶部与内压缩段3的顶部平齐，唇罩4的端部边缘呈弧形且其在进气道压缩面上的正投影面完全覆盖所述凸包结构，唇罩4的后侧边缘线的两端点与进气道压缩面两侧的边缘线的两个端点在同一直线上，将所述直线设为唇罩底线11，所述凸包结构的前缘12处于唇罩底线11的前侧，因而更进一步提高气流的预压缩性能。

因而，在实际应用中，气流自前体上的进气道压缩面的前端流入进气道，由于飞行器处于高超声速飞行状态，因而气流流入进气道的速度非常快，属于高超声速气流，因而，高超声气流在进入后，由于进气道压缩面倾斜设置，因而气流在进气道压缩面上流动过程中会在其上进行初始压缩，然后再流动至凸包结构，首先经过凸包结构的预压缩面的前侧边缘，由于凸包结构的预压缩面与进气道压缩面之间衔接采用光滑过渡，因而能避免出现剧烈的激波，气流经过两个对称的预压缩面时，由预压缩面对气流进行预压缩，预压缩后的气流经凸包的后缘进入内压缩流道的进气口并流入内压缩流道，并经内压缩流道的出气口流出至后部的燃烧室，继而完成整个进气道的气流的压缩过程。

上述带预压缩式装置的高超声速进气道有效对气流进行进一步的压缩，提高气流经过进气道是的压缩效果，提高进气道整体的压缩性能，而且进气道两侧还不会出现剧烈的气流扰动，进一步提高气流流动效果，因而能为燃烧室提供高品质来流，提高飞行器的推力效果。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。