一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機

本發明涉及航空航天，具體為一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機。

背景技術：

1、高超聲速飛行器是近年來航空航天領域和國防事業研究的熱點，其中發動機作為飛行器的動力樞紐，能夠源源不斷輸出功率，一直以來也是各國學者的聚焦核心。而隨著動力系統對于寬速域工作需求的不斷提高，組合循環動力以其綜合性能高、適應范圍廣等優勢逐漸成為動力技術未來發展的主流，較為典型的由渦輪基組合發動機(tbcc)、火箭基組合發動機(rbcc)等，將渦輪或火箭作為地面起動及低速段的動力裝置，當飛行馬赫數逐漸提高時轉換為沖壓發動機。其中也存在著一些亟需解決的技術問題，例如沖壓發動機在馬赫數3以下點火困難而現有渦輪很難加速超過ma2.5，造成兩種發動機間的模態轉換存在“速度鴻溝”；火箭發動機需要自身攜帶氧化劑，油耗大，經濟效益低，不適合用于較長時間的低速段加速。因此，拓寬沖壓發動機的工作范圍特別是在低馬赫數下的工作能力十分重要。

2、在沖壓發動機寬馬赫數范圍工作中，需要進氣道可以穩定的為發動機提供足夠的空氣和壓力。而固定式進氣道對流量捕獲和壓縮能力均存在著一定的限制，無法滿足其要求，也會導致飛機的推進系統性能和穩定性大幅度下降。當進氣道具備調節能力時，可以根據飛行工況調節喉道面積和壓縮能力，滿足低馬赫數下壓縮弱，高馬赫數壓縮強等要求，可以滿足發動機各個工況的流量需求，為發動機的寬速域設計和運行提供一定的基礎。

3、目前沖壓發動機多采用固定結構噴管，其出口壓力和環境壓力匹配較為困難，在非設計點工況會造成較大的能力損失，影響發動機寬范圍的推力需求。而塞式噴管因其特殊結構可以自動匹配燃氣和環境壓力，避免氣流分離。

4、因此，基于上述問題，為拓寬沖壓發動機工作范圍，降低其工作下限，本發明提出了一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機，通過移動中心體的軸向位置，改變進氣道喉道面積和壓縮能力，進一步的采用塞式噴管，匹配燃氣和環境壓力，保證沖壓發動機在不同飛行工況下均能穩定高效工作。

技術實現思路

1、本發明意在提供一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機，以解決現有技術沖壓發動機在低馬赫數狀態下的自啟動限制問題，拓寬發動機工作下限的問題。

2、為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機，包括殼體，殼體內壁適配設有中心體，中心體一端固定設有塞體，殼體內壁固定設有若干支撐柱，支撐柱一端固定設有液壓控制系統；

3、中心體由中心體前錐體、中心體中部、中心體后錐體組成；

4、中心體前錐體和殼體一端組成進氣道，中心體中部與殼體中部組成直隔離段，中心體后錐體與殼體內壁組成燃燒室，塞體與殼體另一端形成塞式噴管；

5、中心體表面開設有導向槽，導向槽與支撐柱相適配。

6、進一步的，中心體為中空結構，液壓控制系統適配安裝在中心體內部，液壓控制系統一端與中心體內壁一端固定連接。

7、進一步的，塞體前半部分位于殼體內，型面為壓縮段，塞體后半部分位于殼體外，型面為擴張段。

8、進一步的，中心體和塞體在液壓控制系統的作用下可實現前后軸向方向的移動，使進氣道、燃燒室、塞式噴管根據中心體和塞體位置移動進行面積和結構的改變。

9、本技術方案的有益效果是：

10、(1)整個發動機采用軸對稱結構設計，結構設計簡單，熱應力分布均勻，不易變形。

11、(2)液壓控制系統通過支撐柱與殼體內壁固定連接，并在中心體上開有導向槽，使液壓控制系統的控制方便中心體基于導向槽進行前后軸向方向的移動，并由于塞體與中心體一端固定連接，使其在液壓控制系統的作用下，中心體和塞體能同時在軸向進行前后移動，從而改變進氣道壓縮比和噴管出口面積，實現進排氣在不同工況下的一體化調節。

12、(3)尾噴管區別于其他沖壓發動機，采用的為塞式噴管，長度更短，體積更小，并能在海拔高度變化下自動匹配燃氣和環境壓力，減小推力損失。

13、(4)在低馬赫數狀態下，中心體處于較前位置，進氣道內收縮比和喉部面積較大，隔離段為等面積結構，燃燒室為收縮結構，塞式噴管流道先收縮后擴張；

14、在高馬赫數狀態，中心體向后移動，此時進氣道內收縮比增加，燃燒室轉變為等面積結構，塞式噴管流道為擴張結構。

15、(5)通過中心體的前后移動，改變進氣道喉道大小和壓縮比，以保證足夠的流量獲取和壓縮能力，從而實現不同飛行馬赫數下的燃燒室入口匹配，解決發動機低馬赫數的進氣道氣動問題并順利進行模態轉換，同時，采用塞式噴管能夠在不同背壓下自動匹配，實現推力的高度補償，避免氣流分離和向外側膨脹過度造成的推力損失，中心體和塞體的幾何可調設置能夠改變出口和喉部面積，滿足不同飛行工況下的推力需求。

技術特征：

1.一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機，包括殼體(1)，其特征在于：所述殼體(1)內壁適配設有中心體(2)，所述中心體(2)一端固定設有塞體(3)，所述殼體(1)內壁固定設有若干支撐柱(9)，所述支撐柱(9)一端固定設有液壓控制系統(4)；

2.根據權利要求1所述的一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機，其特征在于：所述中心體(2)為中空結構，所述液壓控制系統(4)適配安裝在所述中心體(2)內部，所述液壓控制系統(4)一端與所述中心體(2)內壁一端固定連接。

3.根據權利要求2所述的一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機，其特征在于：所述塞體(3)前半部分位于殼體(1)內，型面為壓縮段，所述塞體(3)后半部分位于殼體(1)外，型面為擴張段。

4.根據權利要求3所述的一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機，其特征在于：所述中心體(2)和所述塞體(3)在所述液壓控制系統(4)的作用下實現前后軸向方向的移動，使所述進氣道(5)、所述燃燒室(7)、所述塞式噴管(8)根據所述中心體(2)和所述塞體(3)位置移動進行面積和結構的改變。

5.根據權利要求1所述的一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機，其特征在于：發動機整體采用軸對稱設計。

技術總結
本發明屬于航空發動機領域，公開了一種基于中心體平移的軸對稱變流道寬域沖壓發動機，包括殼體，殼體內壁適配設有中心體，中心體一端固定設有塞體，殼體內壁固定設有若干支撐柱，支撐柱一端固定設有液壓控制系統，中心體由中心體前錐體、中心體中部、中心體后錐體組成，中心體前錐體和殼體一端組成進氣道，中心體中部與殼體中部組成直隔離段，中心體后錐體與殼體內壁組成燃燒室，塞體與殼體另一端形成塞式噴管，中心體表面開設有導向槽，導向槽與支撐柱相適配；本發明解決了現有技術沖壓發動機采用鐘形噴管所帶來的推力損失，根據燃氣壓力與背壓自動匹配，避免氣流分離等問題，適用于航空航天發動機。

技術研發人員：鮑文,康子怡,王友銀,張軍龍
受保護的技術使用者：哈爾濱工業大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21