内转式进气道及其V字形钝前缘的制作方法

本发明涉及机械工业技术领域，更具体地说，涉及一种内转式进气道，还涉及一种内转式进气道的v字形钝前缘。

背景技术：

高超声速进气道捕获来流并对其进行减速增压，是超燃冲压发动机重要的气动部件之一。三维内转式进气道由于具有捕获气流能力强、压缩效率高和便于一体化设计等优点，在国内外受到广泛关注。

内转式进气道的前缘通常设计成v字形结构，用以提升进气道在低马赫数来流情况下的起动能力，考虑到气动热防护和结构安全性能，现有技术中对v字形前缘做出均匀钝化设计。但是现有v字形钝前缘中，v字形的根部处为气流滞止点，会造成严酷气动热。

因此，如何缓解v字形钝前缘中v字形根部处气动热环境，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种内转式进气道的v字形钝前缘，其圆锥曲线段中由中心位置到两端处的前缘钝化半径连续降低，缓解由于气流在中心点滞止造成的严酷气动热。本发明还提供一种内转式进气道，应用上述v字形钝化前缘，对缓解气动热有利。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种内转式进气道的v字形钝前缘，包括：

圆锥曲线段，

直前缘段，所述直前缘段为两个，且两者分别与所述圆锥曲线段的两端平滑相切连接，形成“v”字形；

所述圆锥曲线段的中心位置处的钝化半径为r1，所述圆锥曲线段上与所述直前缘段的切点位置处的钝化半径为r2，其中，r1>r2，所述圆锥曲线段的前缘钝化半径由中心位置到两侧切点处连续降低。

优选的，上述v字形钝前缘中，所述圆锥曲线段的中心线为圆锥曲线或类圆锥曲线。

优选的，上述v字形钝前缘中，所述圆锥曲线段的钝前缘，是以所述圆锥曲线段的中心线为轮廓，作非均匀倒圆钝化处理后得到的钝前缘。

优选的，上述v字形钝前缘中，所述圆锥曲线段由中心位置到两侧切点位置处的前缘钝化半径r按照如下公式沿中心线变化：

r＝r2+(r1-r2)[sinφ]ⁿ

其中，为中心线切线方向与来流方向的夹角；0.5<n<10；θ为两个所述直前缘段的半张角。

优选的，上述v字形钝前缘中，所述半张角满足：12°<θ<65°。

优选的，上述v字形钝前缘中，两个所述直前缘段对称布置。

优选的，上述v字形钝前缘中，所述直前缘段的中心线为两侧对称的直线段；所述直前缘段的钝前缘，是以所述直前缘段的中心线为轮廓，作均匀倒圆钝化处理后得到的钝前缘，钝化半径与r2相等。

一种内转式进气道，其特征在于，包括v字形钝前缘，所述v字形钝前缘为上述技术方案中任意一项所述的v字形钝前缘。

本发明提供一种内转式进气道的v字形钝前缘，包括圆锥曲线段和直前缘段；直前缘段为两个，且两者分别与圆锥曲线段的两端平滑相切连接，形成“v”字形；圆锥曲线段的中心位置处的钝化半径为r1，圆锥曲线段上与直前缘段的切点位置处的钝化半径为r2，其中，r1>r2，圆锥曲线段的前缘钝化半径由中心位置到两侧切点处连续降低。

本发明提供一种v字形钝前缘，其圆锥曲线段中由中心位置到两端处的前缘钝化半径连续降低，缓解由于气流在中心点滞止造成的严酷气动热。

本发明还提供一种内转式进气道，应用上述v字形钝化前缘，对缓解气动热有利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的v字形钝前缘的轴测图；

图2为本发明实施例提供的v字形钝前缘的主视图；

图3为图2中a-a的剖视图；

图4为图2中b-b的剖视图；

图5为本发明实施例提供的v字形钝前缘的左视图；

图6为本发明实施例提供的均匀钝化的v字形钝前缘x-z对称面数值纹影图和壁面热流云图；

图7为本发明实施例提供的x-z对称面数值纹影图和壁面热流云图；

图8为本发明实施例提供的v字形钝前缘以及均匀钝化的v字形钝前缘沿圆锥曲线段壁面中心线上压力分布图；

图9为本发明实施例提供的v字形钝前缘和均匀钝化的v字形钝前缘沿圆锥曲线段壁面中心线上热流分布图；

其中，图1-图5中：

圆锥曲线段1；直前缘段2。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种内转式进气道的v字形钝前缘，其圆锥曲线段中由中心位置到两端处的前缘钝化半径连续降低，缓解由于气流在中心点滞止造成的严酷气动热。本发明实施例还公开一种内转式进气道，应用上述v字形钝化前缘，对缓解气动热有利。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图9，本发明实施例提供一种内转式进气道的v字形钝前缘，包括圆锥曲线段1和直前缘段2；直前缘段2为两个，且两者分别与圆锥曲线段1的两端平滑相切连接(即由圆锥曲线段1和直前缘段2的连接处平滑过渡，并且直前缘段2的延伸方向同圆锥曲线段1上与之配合的端部处相切)，形成“v”字形；圆锥曲线段1的中心位置处(即v字型钝前缘的根部中心点位置处)的钝化半径为r1，圆锥曲线段1上与直前缘段2的切点位置处的钝化半径为r2，其中，r1>r2，圆锥曲线段1的前缘钝化半径由中心位置到两侧切点处(即圆锥曲线段1的端部与直前缘段2的连接处)连续降低。

本发明实施例提供一种v字形钝前缘，其圆锥曲线段1中由中心位置到两端处的前缘钝化半径连续降低，缓解由于气流在中心点滞止造成的严酷气动热。

具体的，上述v字形钝前缘中，圆锥曲线段1的中心线为圆锥曲线或类圆锥曲线。圆锥曲线段1的钝前缘，是以圆锥曲线段1的中心线为轮廓，作非均匀倒圆钝化处理后得到的钝前缘。

圆锥曲线段1由中心位置到两侧切点位置处的前缘钝化半径r按照如下公式沿中心线变化：

r＝r2+(r1-r2)[sinφ]ⁿ

其中，为中心线切线方向与水平来流方向的夹角，如图2所示；0.5<n<10；θ为两个直前缘段2的半张角。

上述实施例提供的v字形钝前缘中，两个直前缘段2的半张角为θ满足：12°<θ<65°。

两个直前缘段2对称布置，即两个直前缘段2的中心线为关于x-y面两侧相互对称的直线段，如图1所示；直前缘段2的钝前缘，是以直前缘段2的中心线为轮廓，作均匀倒圆钝化处理后得到的钝前缘，钝化半径与r2相等。

本发明实施例提供的v字形钝前缘的运行原理如下：

1、圆锥曲线段1根部位置激波干扰复杂，气动热环境严酷。在v字形钝前缘根部中心点合理设置较大的钝化半径r1，可缓解由于气流在中心点滞止造成的严酷气动热；

2、后掠的直前缘段2面临的气动热环境，相对而言不严酷，可以采用更小的直前缘段2钝化半径r2，降低阻力，提升气动性能。

3、直前缘段2产生的脱体激波与v字形根部产生的激波相交干扰，透射出入射壁面的激波；从直前缘段2与圆锥曲线段1的切点位置开始，圆锥曲线段1壁面附近的气流方向发生连续偏折，产生一系列的压缩波。根据激波干扰理论分析，让入射壁面的激波与上述压缩波同侧相交，可以减弱入射壁面的激波强度，从而能够降低壁面气动力/热载荷。此外，直前缘段2采用了更小的钝化半径r2，直前缘段2产生的脱体激波更加靠近壁面，增加了气流泄流效率，减少了气流沿直前缘段2向v字形根部的累积，使得v字形根部产生的激波也更加靠近壁面，入射壁面的激波与上述压缩波同侧相交的范围更大，进一步减弱了入射壁面的激波强度，从而大幅降低壁面气动力/热载荷。

本实施例提供的v字形钝前缘具备如下有益效果：

1、在v字形根部中心点位置钝化半径r1、来流条件均相同的条件下，本实施例提供的非均匀钝化的v字形钝前缘与传统均匀钝化的v字形钝前缘相比，壁面压力和热流峰值都明显降低；

2、本实施例采用圆锥曲线或类圆锥曲线作为圆锥曲线段1的中心线，壁面的收缩过渡平滑，使得气流向v字形钝前缘根部汇聚的过程尽量平缓，避免产生更复杂的激波干扰结构；

3、本实施例仅调整v字形钝前缘的钝化半径，结构简单，容易实现，制造成本低，使用方便。

下面以具体实施例介绍v字形钝前缘：

本实施例中非均匀钝化的v字形钝前缘设计参数为：圆锥曲线段中心线为曲率半径6.5mm的圆弧，v字形根部中心点处的钝化半径r1＝2mm，切点位置以及直前缘段的钝化半径r2＝1mm，v字形根部中心点到切点位置的钝化半径逐渐变小，前缘半张角θ＝24°，来流马赫数ma＝6，静温t＝115k，静压p＝800pa。

作为本实施例的对比，传统均匀钝化的v字形钝前缘设计参数为：圆锥曲线段中心线为曲率半径6.5mm的圆弧，圆锥曲线段和直前缘段的钝化半径均匀不变，r1＝r2＝2mm，前缘半张角θ＝24°，来流马赫数ma＝6，静温t＝115k，静压p＝800pa。附图6给出了均匀钝化的v字形钝前缘根部x-z对称面数值纹影图和壁面热流云图，其中，壁面热流采用当地热流除以v字形根部中心点的热流理论值进行无量纲。从附图6可以看出，v字形根部中心点处的热流较高；圆锥曲线段两侧发生了复杂的激波干扰，两侧激波干扰产生的透射激波入射到壁面，激波入射点附近的壁面热流剧烈升高；后掠直前缘段面临的气动热环境相对而言不严酷；从直前缘段与圆锥曲线段的切点位置开始，圆锥曲线段壁面附近产生一系列的压缩波。

附图7给出本实施例非均匀钝化v字形钝前缘的x-z对称面数值纹影图和壁面热流云图，其中，壁面热流采用当地热流除以v字形根部中心点的热流理论值进行无量纲。对比附图6和附图7可以看出，在v字形根部中心线、v字形根部中心点位置钝化半径r1、来流条件均相同的条件下，采用本实施例后v字形根部的气流累积量减少，直前缘段产生的脱体激波和v字形根部产生的激波都更加靠近壁面；在圆锥曲线段两侧，激波干扰透射出的激波在入射到壁面前，与圆锥曲线段壁面附近的压缩波在更大的范围内发生同侧相交。

附图8给出本实施例和均匀钝化的v字形钝前缘圆锥曲线段壁面中心线上的压力对比，横轴为沿圆弧中心线的周向角，纵轴为当地压力除以v字形根部中心点压力理论值后的无量纲压力。从图8可以看出，与均匀钝化的v字形钝前缘相比，采用本实施例后压力最大值下降约47％。通过采用本发明设计，可以减弱入射壁面的激波强度，能有效降低钝前缘壁面压力载荷。

附图9给出本实施例和均匀钝化的v字形钝前缘圆锥曲线段壁面中心线上的热流对比，横轴为沿圆弧中心线的周向角，纵轴为当地热流除以v字形根部中心点热流理论值后的无量纲热流。从图9可以看出，与均匀钝化的v字形钝前缘相比，由于本实施例的直前缘钝化半径减小，两侧切点位置(66°)附近的热流值轻微升高，但气动热环境相对而言并不严酷。与均匀钝化的v字形钝前缘相比，本实施例的热流最大值下降约43％。通过采用本发明设计，能有效降低钝前缘壁面热流载荷。

本发明实施例提供一种内转式进气道，包括v字形钝前缘，v字形钝前缘为上述实施例提供的v字形钝前缘。

本实施例提供的内转式进气道应用上述v字形钝化前缘，对缓解气动热有利。当然，本实施例提供的内转式进气道还具有上述实施例提供的有关v字形钝前缘的其它效果，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。