[发明专利]激光能量注入提高冲压发动机进气捕获量方法

摘要

本发明利用激光能量沉积击穿流场形成准静态波的技术，提供了一种提高冲压发动机进气捕获量的方法，该方法包含预估冲压发动机前体斜激波位置步骤、激光束整形为片光步骤、准静态波形成步骤和提高进气捕获量步骤。第一步，求解NS方程对流场进行数值模拟，或者根据马赫和雷诺相似准则进行风洞试验，判断冲压发动机进气道进气捕获量是否达到设计值，以及前体斜激波位置；第二步，利用多种反射镜和透镜组合，将激光束整形为片光；第三步，优化激光能量注入大小、位置和频率，形成准静态波；第四步，准静态波与前体斜激波相互作用，改变进气道唇口上游流动方向，使原本可能溢出的来流偏转并压缩进入进气道内压缩段。

主权项

激光能量注入提高冲压发动机进气捕获量方法，包含以下步骤：步骤一、预估冲压发动机进气捕获量及前体斜激波分布在超声速或高超声速流场中，针对特定的冲压发动机进气道及前体构型，利用纹影或阴影实验、数值模拟等方法获得在特定来流条件下的飞行器流场状态；根据进气道内压缩段质量流量判断进气捕获量是否达到设计值，同时获得前体斜激波位置和强度；步骤二、将激光束整形为片光利用光束传输与变换系统，将激光源整形为片光，入射至流场指定位置；该系统主要包括高反镜、凹柱面镜、矩形狭缝和凸柱面镜等组件，激光由激光器输出后，先后经高反镜反射、凹柱面镜扩束、矩形狭缝整形及凸柱面镜会聚，形成片光进入待测流场；步骤三、将片光聚焦击穿来流，形成准静态波利用柱凸透镜聚焦激光片光，在唇口上游延长线与第一道前体斜激波交点处击穿来流形成点爆炸波结构；激光输出功率大小为进气道迎风面来流焓值H的2％左右，H＝ρ_∞c_pT_∞V_∞L²，其中c_p为定压比热，L为进气道唇口宽度，ρ_∞、T_∞和V_∞分别为自由流密度、温度和速度；对于脉冲式激光器，根据来流速度选择激光频率，使得单脉冲激光引致的点爆炸波合并形成准静态波；步骤四、准静态波与前体斜激波相互作用，提高进气捕获量准静态波与进气道前体斜激波相互作用，准静态波后流线方向发生改变，使原本可能溢出的来流偏转进入内压缩段，进气捕获量提高的同时，气流总压也获得提高。