一種串聯(lián)式組合動(dòng)力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于組合動(dòng)力研究領(lǐng)域，特別是一種串聯(lián)式組合動(dòng)力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]吸氣式高超聲速(飛行馬赫數(shù)大于5)飛行器是未來(lái)軍、民用航空器的戰(zhàn)略發(fā)展方向，被喻為是繼螺旋槳、噴氣推進(jìn)飛行器之后世界航空史上的第三次革命。對(duì)于飛行包線范圍非常寬(高度O?40km或更高、飛行馬赫數(shù)從亞聲、跨聲、超聲速擴(kuò)展到高超聲速)的高超聲速飛行器來(lái)說(shuō)，還沒(méi)有一種吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)能獨(dú)立完成推進(jìn)任務(wù)。因此國(guó)外提出了利用兩種以上的發(fā)動(dòng)機(jī)組合起來(lái)作為高超聲速推進(jìn)動(dòng)力的構(gòu)想，目前常見(jiàn)的組合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)主要有火箭基組合循環(huán)(RBCC)和渦輪基組合循環(huán)(TBCC)，其中渦輪基組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)具有可重復(fù)使用(大于1000次任務(wù)，每年可飛行100次)、成本低、安全性高、用途多樣、有靈活的發(fā)射和著陸地點(diǎn)、耐久性高、單位推力大，采用普通的燃料和潤(rùn)滑劑等特點(diǎn)，是高超聲速動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)重要的選擇之一。
[0003]TBCC推進(jìn)系統(tǒng)的按照布局方式可以分為串聯(lián)式和并聯(lián)式。其中串聯(lián)形式采用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在前，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在后的布局，具有發(fā)動(dòng)機(jī)基線小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中必然要經(jīng)歷由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)向沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)(或沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)向渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài))轉(zhuǎn)換的模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程。在發(fā)動(dòng)機(jī)模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，進(jìn)氣道需要同時(shí)向渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道提供所需氣流，配合發(fā)動(dòng)機(jī)完成動(dòng)力模式的轉(zhuǎn)換，且在此模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中需要滿足組合發(fā)動(dòng)機(jī)的流量和推力保持平穩(wěn)過(guò)渡等要求，是TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)研制成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，關(guān)于串聯(lián)式TBCC進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程試驗(yàn)方法尚未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種串聯(lián)式組合動(dòng)力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)方法，以確定渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道的堵錐位置匹配關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)律變化，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種串聯(lián)式組合動(dòng)力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)方法，其特征在于，具體步驟如下:
(1)在串聯(lián)式組合動(dòng)力進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換風(fēng)洞試驗(yàn)中，固定沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐，并在一次風(fēng)洞試驗(yàn)中保持沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比值恒定;
(2)移動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐或沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐，使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道或沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比由小增大，同時(shí)至少測(cè)定六組不同渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道或沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)；
(3)對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，獲得在該沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比條件下，進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)隨渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道或沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比變化的擬合曲線公式； (4)利用擬合曲線公式，按預(yù)期的進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)，獲得在該沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比條件下，渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比匹配值；
(5 )改變步驟(I)中沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比值，重復(fù)步驟(2 )?(4 );
(6)重復(fù)上述步驟，獲得至少四組渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比匹配值；
(7)根據(jù)獲得的渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比匹配值，進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)，即獲得預(yù)期的進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)變化規(guī)律。
[0005]進(jìn)一步，本發(fā)明中，在步驟(I)中固定沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐，在一次風(fēng)洞試驗(yàn)中保持沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比值恒定。
[0006]進(jìn)一步，本發(fā)明中，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比值范圍是60%_100%。
[0007]本發(fā)明的原理為:在串聯(lián)TBCC進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)裝置中設(shè)有兩套節(jié)流裝置，分別對(duì)渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道進(jìn)行節(jié)流，其中對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道實(shí)施節(jié)流的裝置為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐，對(duì)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道實(shí)施節(jié)流的裝置為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐。在組合發(fā)動(dòng)機(jī)模態(tài)轉(zhuǎn)換風(fēng)洞試驗(yàn)過(guò)程中，兩個(gè)流道的堵錐將同時(shí)進(jìn)行移動(dòng)以模擬渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)(一個(gè)流道堵錐前移，增大通道堵塞比以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)由工作狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)向關(guān)閉狀態(tài)；另一個(gè)堵錐由關(guān)閉逐漸后退，減小通道堵塞比以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)由關(guān)閉逐漸轉(zhuǎn)向開(kāi)啟狀態(tài))，從而達(dá)到模擬模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中組合發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的目的。
[0008]可見(jiàn)，渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道兩個(gè)堵錐位置的匹配關(guān)系及確定方法是決定模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵因素。本發(fā)明正是提供了組合發(fā)動(dòng)機(jī)模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)流道堵錐位置匹配關(guān)系的方法。采用該方法獲得的渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道的堵錐位置匹配關(guān)系，可確保串聯(lián)式TBCC進(jìn)氣道模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)按預(yù)期設(shè)定的規(guī)律變化，進(jìn)而模擬了相應(yīng)的組合發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為串聯(lián)式TBCC進(jìn)氣道模型圖；
圖中，1、進(jìn)氣道出口截面；2、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道；3、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道；4、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐；5、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐；
圖2是沖壓通道堵塞比為60%條件下，進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)隨渦輪通道堵塞比變化規(guī)律示意圖；
圖3是沖壓通道堵塞比為70%條件下，進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)隨渦輪通道堵塞比變化規(guī)律示意圖；
圖4是沖壓通道堵塞比為80%條件下，進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)隨渦輪通道堵塞比變化規(guī)律示意圖；
圖5是沖壓通道堵塞比為90%條件下，進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)隨渦輪通道堵塞比變化規(guī)律示意圖；
圖6是沖壓通道堵塞比為100%條件下，進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)隨渦輪通道堵塞比變化規(guī)律示意圖；
圖7是模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)保持不變時(shí)渦輪/沖壓通道堵塞比變化規(guī)律示意圖；
圖8是模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)氣道出口及沖壓通道靜壓比變化規(guī)律示意圖； 圖9是模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)變化規(guī)律示意圖；
圖10是模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程渦輪/沖壓通道堵塞比變化規(guī)律示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為方便理解本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做以進(jìn)一步說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，實(shí)施方式僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0011]實(shí)施例1
本實(shí)施例所使用的串聯(lián)式組合動(dòng)力進(jìn)氣道為公開(kāi)號(hào)為“CN104614183A”所公開(kāi)的串聯(lián)式組合動(dòng)力進(jìn)氣道。
[0012]實(shí)驗(yàn)原理:串聯(lián)式TBCC進(jìn)氣道如圖1所示，進(jìn)氣流經(jīng)過(guò)I截面后分成內(nèi)外兩股氣流，外環(huán)氣流所經(jīng)過(guò)的通道為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道2，中間圓形通道為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通道3。氣流流經(jīng)渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道(2，3)后，通過(guò)對(duì)渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐(4，5)實(shí)施節(jié)流。假定組合發(fā)動(dòng)機(jī)模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸從最大工作狀態(tài)進(jìn)入慢車狀態(tài)，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸從不點(diǎn)火工作狀態(tài)逐漸進(jìn)入點(diǎn)火工作狀態(tài)，在進(jìn)行進(jìn)氣道部件試驗(yàn)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)改變的模擬可采用改變渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道出口堵塞比的方式來(lái)完成。在進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換之前需先確定模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比的變化規(guī)律。通過(guò)確定多組渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵錐比的匹配值即可確定渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通道堵塞比的變化規(guī)律。
[0013]具體步驟如下:
(1)、在串聯(lián)式組合