固冲发动机双下侧二元进气道设计研究

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1、学术交流论文固冲发动机双下侧二元进气道设计研究鲍福廷李进贤(西北工业大学航天工程学院，陕西，西安，710072)摘要本文结合整体式固体火箭冲压发动机的特点，探计了藏下制二元进气道的设计方法，文中对的蛄构、型面设计方法和性能估算进行了较为详细地研究。通过编程实现了设计的程序化．井通过算倒对一假想的圃冲发动机进行了设计计算，主腰词固体火箭冲压发动机燃气发生器冲压补燃室热力计算l引言进气道是冲压发动机的一个重要部件，其功能是利用迎面来流的速度冲压，有效地将动能转化为位髓，提高气流的压强，并为发动机提供所需的空气流量。进气道性能通常用总

2、压恢复系数、流量系数、阻力系数和进气道出口流动畸变指数来表达。它们之间互相联系又互相制约。因此．在设计进气道或分析进气道工况变化时，通常要综合衡量这几个参数对发动机性能的影响，才能全面评价进气道的实用价值。超音速冲压发动机进气道的外界条件：上游为超音速来流，下游为燃烧室。进气道的工作状态是由飞行条件、燃烧室工况和进气道自身的几何构型决定的。二元进气道相对轴对称进气道而言，二元进气道的消极重量较大一些，不过这种迸气道在大攻角之下良好的性能更引人注目，这也是目前的许多先进的整体式冲压发动机采用二元进气道的原因。本文将探讨这种形式的进

3、气道的型面和结构设计及性能计算方法，并编制了一套设计程序。2国冲发动机进气道内型面设计2．1进气道设计步骤进气道的设计首先是内型面的设计，根据内型面的设计结果考虑到弹体的气动布局进行进气道的结构设计。进气道设计的一般步骤为：(1)确定设计马赫数：设计马赫数的确定一般遵循如下原则：如果强调发动机接力点的性能，应将设计马赫数取得低一些，因为低马赫数设计的进气道能为发动机提供较大的推力，并且在高的马赫数下，不太影响发动机性能。而如果强调发动机的高速飞行性能，则可将设计马赫数取高些为好。(2)确定进气道的大小，以捕获特定推力条件下发动机

4、发动机自由流空气量。确定了进气道人口面积大大小以后尚需确定人口的形状。入口形状的选择一般分为两种情况：a对称轴类型的进气道，采用圆形。其截面积由捕获自由流管面积决定；b对二元进气道，宜选用方形，且方形的高宽比取为1或小于1，这样可减少进气道的长度、重量、附加测表面面积等。(3)确定进气道的结构形式在进行这部分工作之前，必须首先明确各种不同类型进气道的特点。a内压式进气道，内压式进气道呈先收缩后扩张的形状。对内压式进气道来说最理想的情况是：超音速来流在收缩段逐渐减速，到喉道处恰好达到音速，然后再在扩张段进一步减速，就象一个倒置的拉

5、瓦尔喷管。然而．事实上由于这种进气道存在严重的启动问题，故一般的固冲发动机进气道都不采用这种进气道。因此，对这种形式的进气道不作辣^讨论。b外压式进气道，外压式进气道先经过若于道斜激波将来流的马赫数降低，再通过一道正激波使其变为亚音速。这样就使得总压恢复提高了。由于外压式进气道的超音速压缩全部在唇口之外进行，因此不存在内压式进气道的不启动问题。但是，由于外压式进气道的外罩位置角较大，因而阻力较大，这是它不容忽视的缺点。e混压使进气道，为了解决纯外压式进气道阻力大的缺点，可采用混压式进气道。由于混压式进气道外罩内表面内转，减小了外

6、罩位置角．从而减小了阻力。但是这同时也带来了启动问题。不过由千唇口外的几道斜激波已有效地降低了来流马赫数，此时的启动问题已较容易解决了。由于固冲发动机进气道采用固定几何型面，因而外压式和混压式进气固冲发动机双下侧二元进气道设计研究道常被采用，以防止进气道发生不启动问题。(4)进气道I临界裕度的选择正如上章介绍的那样，用于燃烧室反压的影响进气道分为亚临界、临界和超临界三种流态。为了防止进气道在亚临界流态下发生喘振．在设计上应使其在靠近临界的超临界工况下工作。而超临界裕度((则采用定量描述超临界的程度。按照工程的经验，一般取((的范

7、围为2％一10％。2．2进气道内型面的设计本文针对二元外压式进气道的结构特点，介绍进气道流动的计算方法。在设计之前首先介绍一下Oswalitsch最佳波系理论。对外压式进气道，在总转折角一定的情况下．为了确定最佳波系，Oswalitsch提出下列问题：设进气道采用n一1道斜激波及一道正激渡使气流减速增压．那么当每道激波的强度如何分布时，进气道的总压恢复系数最大?。经过一系列的数学推算，得出下列极值条件：MIstopI-M2siI峨=¨一％一1血吼一I(1)为了算出最佳波系，还需要用到下面几个关系式：激波前后马赫数关系式：睁美景+

8、菘亳㈤激渡前后总压关系式：f(k+1)删}甜口1青蛙一!!!!!二12蟹堂型㈥玑【器晒甜p～k丽-I】南激波角与气流转折角的关系式：娅衙孙㈣在以上各式中，M，为波前马赫数；M2为波后马赫数；p1*，妒*为波前和波后总压；p为激波角；6气流转折角。利用上面的关系式