[发明专利]一种考虑次流系统的吸气式超燃冲压发动机设计方法

权利要求书

1.一种考虑次流系统的吸气式超燃冲压发动机设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、根据给定的飞行条件从二元高超声速进气道的几何构型出发，分析进气道流场与几何结构的关系，分别从外压段、内通道和隔离段三个部分展开设计，提炼出能够控制进气道型面的重要气动参数，得到满足要求的二元高超声速进气道；

2)、根据设计要求，在给定喷管长度和质量流量的两个约束条件下，应用拉格朗日乘子法以及变分法导出最大推力喷管出口控制面方程，再通过单边膨胀喷管膨胀型面的非线性缩短设计方法对喷管进行进一步缩短，得到最大推力下的满足长度需求的单边膨胀尾喷管；

3)、通过理论计算以及数值仿真预测进气道边界层位置，在进气道边界层选择适当位置设计次流系统引气装置及流量调节装置，引气用于对边界层进行排移并为次流系统提供高温高压气源，所引出气体经由次流系统对应的温度模块和压力模块后分别流向燃烧室、尾喷管以及机舱，温度模块和压力模块用于对气体的温度和压力进行一定程度的调节，进行降温降时还可用于发电，由此获得各部件不同条件需求的气体，低温气体用于燃烧室冷却、高压气体用于尾喷管生成气动喉道使喷管实现完全膨胀，提高发动机整体推力，低压气体也用于机舱供气；

4)、根据进气道边界层位置以及气体实际需求计算边界层引气装置的出口数量、大小、位置和角度。

2.如权利要求1所述一种考虑次流系统的吸气式超燃冲压发动机设计方法，其特征在于在步骤1)中，所述给定的飞行条件包括但不限于设计状态下飞行高度、飞行马赫数、进气道需要捕获的流量、流量系数、总收缩比、外压段总偏转角。

3.如权利要求1所述一种考虑次流系统的吸气式超燃冲压发动机设计方法，其特征在于在步骤1)中，所述分别从外压段、内通道和隔离段三个部分展开设计的具体步骤为：先根据流量方程确定进口面积和进口高度，由于进气道是三维的，根据进口面积和进气道宽度确定进气道宽高比；在给定外压段激波数目后，采用自由设定各级楔角，根据来流马赫数，由激波公式计算外压段各参数，得到外压段型面；计算得到外压段型面之后，进气道内通道进口面积随之确定，由此计算出喉道截面面积及位置，并对内压段壁面型线进行设计；隔离段的设计采用一个等直通道或略带扩张角管道。

4.如权利要求1所述一种考虑次流系统的吸气式超燃冲压发动机设计方法，其特征在于在步骤3)中，所述在进气道边界层选择适当位置设计次流系统引气装置及流量调节装置的具体步骤为：根据边界层排移需求，计算出所需泄流口的尺寸、数量和安装角度，并在合适位置设置泄流口对边界层进行抽吸，完成边界层排移的同时为次流系统提供高温高压气源；得到气源后，根据不同飞行状态下喷管完全膨胀需求，计算喉道面积调节范围，并在喉道处设置次流系统注入口以生成气动喉道；根据气动喉道面积调节范围对气体温度和压力的需求，在次流系统中设计合适的温度模块和压力模块，对进气道边界层所引出的高温高压气体进行调节；根据气动喉道面积调节范围对气体流量的要求，将经由次流系统降温增压的部分气体引向喷管，使尾喷管始终处于完全膨胀状态下，以提高发动机整体推力；剩余气体经次流系统的温度模块和压力模块降温降压后引向燃烧室对其进行冷却，或引至舱内用于机舱供气。

5.如权利要求1所述一种考虑次流系统的吸气式超燃冲压发动机设计方法，其特征在于在步骤3)中，所述发电采用热电发电机或涡轮发电机，所产生电能用于机舱供电、气体增压。

6.如权利要求1所述一种考虑次流系统的吸气式超燃冲压发动机设计方法，其特征在于在步骤1)～3)中，所述二元高超声速进气道、隔离段、燃烧室、最大推力下的满足长度需求的单边膨胀尾喷管、次流系统引气装置、温度模块和压力模块、次流流向燃烧室的引气管道、次流流向尾喷管的引气管道、次流流向机舱的引气管道均采用几何构造。