一种轴对称内并联涡轮基旋转爆震冲压组合发动机及控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111692013A(43)申请公布日2020.09.22(21)申请号202010629881.9(22)申请日2020.07.03(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人王卫星李宥晨罗龙康张仁涛(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人张弛(51)Int.Cl.F02K7/16(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种轴对称内并联涡轮基旋转爆震冲压组合发动机及控制方法(57)摘要本发明提供了一种轴对称内并联涡轮基旋转爆震冲压组合发动机，采用轴对称布局形式，涡轮发动机位于中间，旋转爆震冲压发动机位于外环流道，进气道唇罩平行移动调节进气道收缩比与流量捕获；通过平行移动模态转换装置，实现发动机三种模态之间转换。模态转换器前缘处于进气道喉道下游，构建扩张型冲压和涡轮流道，可将结尾激波限制在各自流道内，屏蔽共同工作状态下旋转爆震冲压发动机与涡轮发动机跨流道间的耦合干扰。唇罩和模态转换装置平行移动的调节方式，具有操作简单、易于实现、可操作性/可靠性强、便于密封等优点。CN111692013ACN111692013A权利要求书1/1页1.一种轴对称内并联涡轮基旋转爆震冲压组合发动机，其特征在于：包括旋转爆震冲压发动机、位于旋转爆震冲压发动机内的涡轮发动机、位于涡轮发动机前端的环状的旋转爆震冲压流道环壁、位于旋转爆震冲压流道内环壁面前方的中心体；所述旋转爆震冲压发动机具有环状的发动机外壁，涡轮发动机与发动机外壁之间形成的空间为自前向后延伸的旋转爆震冲压流道，涡轮发动机中心设有自前向后延伸的涡轮流道，该发动机外壁前方为围绕中心体的进气道唇罩，进气道唇罩与中心体形成进气道进口；所述旋转爆震冲压流道环壁的前端设有自前向后凹设的插槽，该插槽中设有模态转换器；模态转换器为环状的移动装置，且模态转换器前端向外延伸呈喇叭状，模态转换器向前移动至最前端时与中心体相接，此时进气道进口与旋转爆震冲压流道连通，进气道进口与涡轮流道之间封闭；模态转换器向后移动至最后端时与发动机外壁内侧相接，此时进气道进口与涡轮流道连通，进气道进口与旋转爆震冲压流道之间封闭；当模态转换器移动至中间状态时，模态转换器位于中心体与发动机外壁之间，此时进气道进口同时与涡轮流道及旋转爆震冲压流道连通。2.根据权利要求1所述的轴对称内并联涡轮基旋转爆震冲压组合发动机，其特征在于：所述进气道唇罩沿发动机外壁前后移动。3.根据权利要求2所述的轴对称内并联涡轮基旋转爆震冲压组合发动机，其特征在于：涡轮发动机的尾端设有可调尾喷管。4.根据权利要求1或2或3所述的轴对称内并联涡轮基旋转爆震冲压组合发动机，其特征在于：模态转换器前缘位于进气道喉道下游。5.一种如权利要求1至4中任一项所述发动机的控制方法，其特征在于：发动机马赫数工作范围为马赫数0～5+，设飞行马赫数为M0，0≤M0≤5+；当0<M0≤2.0时，模态转换器位于最后位，此时模态转换器前缘与发动机外壁接触；当0<M0≤2.0，随着马赫数增大，具体根据涡喷发动机流量需求调节唇罩，由最后位向上游平移，此时发动机处于涡轮模态；当2.0≤M0≤3.0时，唇罩根据发动机流量需求水平向上游移动，同时模态转换器向上游水平移动，发动机处于过渡模态；当3.0≤M0≤5.0+时，唇罩根据发动机流量需求水平向上游移动，同时模态转换器向上游水平移动至与中心体接触，发动机进入旋转爆震冲压模态。2CN111692013A说明书1/4页一种轴对称内并联涡轮基旋转爆震冲压组合发动机及控制方法技术领域[0001]本发明涉及飞行器设计领域，具体是一种组合发动机。背景技术[0002]依靠单一动力难以满足空天一体宽速域、宽空域、高效率飞行需求，在此需求推动下基于多种类型动力的组合推进装置应运而生，包括涡轮基组合循环发动机(TurbineBasedCombinedCycle-TBCC)，火箭基组合循环发动机(RocketBasedCombinedCycle-RBCC)以及涡轮/火箭基组合循环发动机(Turbine/RocketBasedCombinedCycle-T/RBCC)等。组合循环发动机核心是发挥各型发动机在其马赫数工作范围内的性能优势、拓展整个发动机的工作范围、提高发动机效率。[0003]涡轮基组合循环发动机(TBCC)可以实现飞行器水平起降、重复使用、经济性好，是研究的热点。但受涡轮发动机与冲压发动机工作特性影响，涡轮基组合循环发动机在Ma2-2.5+模态区间推力较低，存在“推力陷阱”，成为制约该类发动机能否为Ma0-5+飞行提供动力的瓶颈。基于等压燃烧的冲压发动机其工作特性受来流总压影响