本发明涉及飞行器设计领域，尤其是一种组合发动机进气道。
背景技术：
吸气式组合发动机具有工作范围广、可靠性高、可重复使用、可水平起降及高比冲等诸多优点，成为高超声速飞行器的理想动力装置。进气道作为吸气式组合发动机推进系统的重要组成部分，不仅要在宽马赫数范围内高效地向发动机提供一定压力、温度和流量的空气，还要肩负着工作模态转换、出口流场均匀性调节以及隔离上下游扰动等功能。为此，该类进气道的宽马赫数范围工作性能是发展吸气式组合发动机的关键技术之一。
tbcc进气道是最为常见的一种组合发动机进气道，该类进气道由两个流道构成，分别对应发动机的涡轮工作模态和冲压工作模态。出于设计便捷、结构简单、易于实现模态转换等角度的考虑，设计者大多将二元进气道应用于tbcc发动机。根据涡轮模块和冲压模块布局方式和相对位置的不同，二元tbcc进气道可分为并联式和串联式，其中并联式还可以进一步细分为外并联式和内并联式。由于二元tbcc进气道的内通道型面是由二维平面曲线沿展向简单拉伸而成，因此在实现发动机模态转换时，只需要在进气道前体或者内部布置一个二元分流板，令其以展向为轴作定轴转动，便可以起到模态选择阀的作用，从而实现流道的开关切换和发动机工作模态的转换。
tbcc进气道要在非常宽广的飞行范围内以及飞行工况多变的条件下向发动机提供稳定优良的气流，这就要求进气道在整个飞行过程中采取一些有效的调节方法来适应飞行状态的变化。传统的tbcc进气道调节方法是采用变几何调节方式，包括转动/伸缩唇罩、可调斜板、中心锥平移以及复合的机械式变几何方法，上述调节方法能够对进气道的口部波系和收缩比进行调节，有效的改善进气道的性能。上述变几何调节方式通常需要一套单独的调节组件，根据不同的飞行条件对进气道进行控制。而模态转换过程也需要一套作动机构对模态转换进行控制。这样以来需要两套作动机构，不仅会显著增加作动机构的重量、作动机构的复杂性以及作动机构的控制难度，还存在热防护、封严困难等问题。
技术实现要素：
发明目的：为解决上述问题，本发明提供一种模态转换联合变几何调节的内并联型进气道，该进气道用一套作动机构来同时控制变几何调节和模态转换过程，减轻了作动机构的重量。由于作动机构的简化，同时也降低了作动机构的控制难度。可提高组合发动机进气道的低马赫数起动能力和高马赫数压缩性能，在宽马赫数范围内显著提高进气道的流量系数和工作性能。
本发明还提供了上述内并联型进气道的控制方法。
为达上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种模态转换联合变几何调节的内并联型进气道，其特征在于：包括自前向后延伸的高速通道、位于高速通道内侧并与高速通道并排自前向后延伸的低速通道、前体压缩面、位于高速通道及低速通道之间的高速/低速通道的分流板、所述分流板包括固定板及铰接在固定板前端的活动板，活动板自与固定板的铰接位置向内或向外摆动；高速通道的外壁面为高速通道唇罩；低速通道的内壁面包括铰接于前体压缩面后端的下一体化面、连接与下一体化面后端并向后延伸的柔性扩压段；所述前体压缩面、下一体化面、柔性扩压段的内侧设有底座；底座上安装有驱动装置、与驱动装置连接的驱动块、承载驱动块的滑轨，驱动块在驱动装置的驱动下沿滑轨前后移动；还设有位于下一体化面内侧与驱动块之间的第一驱动杆、位于活动板内侧与驱动块之间的第二驱动杆；所述驱动块内部设有第一导引槽及位于第一导引槽后方的第二导引槽；所述第一导引槽包括第一前端、第一中间位置、第一后端，第一前端低于第一中间位置及第一后端、第一中间位置低于第一后端，第二导引槽包括第二前端、第二中间位置、第二后端，所述第二前端高于第二中间位置及第二后端，第二后端高于第二中间位置；
该第一驱动杆的一端与下一体化面固定而下端通过位于第一导引槽内的第一横轴与第一导引槽铰接，第二驱动杆的一端与活动板铰接而下端通过位于第二导引槽内的第二横轴与第二导引槽铰接；
当第一驱动杆的一端位于第一前端时，第二驱动杆的一端位于第二前端，活动板前端抵靠于高速通道唇罩内侧；
当驱动块向前移动至第一驱动杆的一端位于第一中间位置时，第二驱动杆的一端位于第二中间位置，下一体化面向高速通道唇罩靠近，活动板前端抵靠于柔性扩压段外侧；
当驱动块向前移动至第一驱动杆的一端位于第一后端时，第二驱动杆的一端位于第二后端，活动板前端抵靠于柔性扩压段外侧。
进一步的，所述第二导引槽的第二前端为自前向后延伸有一段距离，第二驱动杆的一端在该第二前端的距离内滑动时，活动板前端一直抵靠于高速通道唇罩内侧。
进一步的，所述底座的后端设有导轨，柔性扩压段的后端设有与导轨配合的导块，导块在导轨上前后滑动。
进一步的，所述第二驱动杆穿过柔性扩压段，并在柔性扩压段的约束下在横向定位。
进一步的，所述驱动块底部设有与滑轨配合的数个滑块。
进一步的，所述下一体化面的前端位于高速通道唇罩的前方并与前体压缩面，下一体化面中包含依次自前向后延伸的二级外压缩面、内压段和喉道段。
进一步的，所述第一导引槽内设有沿第一导引槽内滚动的第一滑轮，第一驱动杆的一端与该第一滑轮铰接；第二导引槽内设有沿第二导引槽内滚动的第二滑轮，第二驱动杆的一端与该第二滑轮铰接。
有益效果：本发明提供的一种模态转换联合变几何调节的内并联型进气道，以一套作动机构同时实现了进气道的模态转换和变几何调节。该进气道能够适应较宽的飞行速域，兼顾了进气道在高、低速下的气动性能，保证了组合发动机可以在较宽泛的飞行包线内有效工作，且具有作动机构的重量轻，作动机构的控制难度小，布局紧凑等优点。
而上述内并联型进气道的控制方法采用以下技术方案：
进气道的工作马赫数范围为马赫数0～6，模态转换马赫数为mt，2.5<mt<3，低速模态的工作马赫数范围为0～mt，高速模态的工作马赫数范围为mt～6，低速模态下变几何调节马赫数范围为m1～mt，1.5<m1<2.5；具体工作步骤如下：
(1)当飞行马赫数0<m∞<mt时，第一驱动杆的一端位于第一前端时，第二驱动杆的一端位于第二前端，活动板前端抵靠于高速通道唇罩内侧；此时，高速通道(1)完全关闭，低速通道开启，喉道面积最大、内收缩比最小；当m1<m∞<mt时，驱动装置带动驱动块向前滑动，活动板前端抵靠于高速通道唇罩内侧，柔性合金材料扩压段向活动板方向移动运动，此时，高速通道依然完全关闭低速通道依然开启、外压缩总压缩角不断增大、喉道面积不断减小、内收缩比不断增大直至m∞＝mt，此时外压缩总压缩角、喉道面积、内收缩比，满足低速模态下最大马赫数所需的压缩量；
(2)当飞行马赫数m∞>mt时，驱动装置带动驱动块继续向前滑动，直至第一驱动杆的一端位于第一中间位置，第二驱动杆的一端位于第二中间位置，活动板的前端与柔性合金材料扩压段相接触，此时低速通道完全关闭高速通道完全开启，完成模态转换；
(3)当飞行马赫数mt<m∞<6时，进气道工作于高速模态；驱动装置带动驱动块继续向前滑动，第一驱动杆的一端位于第一后端，第二驱动杆的一端位于第二后端，活动板的前端与柔性合金材料扩压段相接触，柔性合金材料扩压段向高速通道唇罩方向移动，此时外压缩总压缩角不断增大、喉道面积不断减小、内收缩比不断增大，保证了进气道在高马赫数下的压缩性能，提高了高马赫数下进气道的流量系数；当m∞＝6时，柔性合金材料扩压段移动至接近高速通道唇罩的极限位，此时外压缩总压缩角最大、喉道面积最小、内收缩比最大，激波封口，流量系数最大。
附图说明
图1是本发明模态转换联合变几何调节的内并联型进气道的剖面结构示意图，并展示了在低速模态下的工作状态。
图2是本发明内并联型进气道在模态转换结束时的工作状态图。
图3是本发明内并联型进气道在m6巡航时的工作状态图。
具体实施方式
请参阅图1至图3所示，本发明公开了一种模态转换联合变几何调节的内并联型进气道，包括自前向后延伸的高速通道1、位于高速通道内侧并与高速通道并排自前向后延伸的低速通道2、前体压缩面7-1、位于高速通道及低速通道之间的高速/低速通道的分流板4、模态转换组件6、变几何组件7及电机作动组件8。所述分流板4包括固定板4-1及铰接在固定板前端的活动板4-2，活动板4-2自与固定板4-1的铰接位置向内或向外摆动。模态转换组件6主包括一端带有滑槽6-2的驱动杆6-3及滚轮6-4。活动板4-2上的销钉6-1穿在滑槽6-2中，滚轮6-4与驱动杆6-3相连。通过滚轮6-4的上下运动带动驱动杆6-3的往复运动，在驱动杆6-3的驱动下分流板4上的销钉6-1上下运动且在滑槽6-2内左右滑动，从而实现了模态转换。高速通道1的外壁面为高速通道唇罩3；低速通道2的内壁面包括铰接于前体压缩面7-1后端的下一体化面7-2、连接与下一体化面后端并向后延伸的柔性扩压段7-3；所述前体压缩面7-1、下一体化面7-2、柔性扩压段7-3的内侧设有底座5；底座上安装有驱动装置8-1、与驱动装置连接的驱动块8-4、承载驱动块的滑轨8-2，驱动块在驱动装置的驱动下沿滑轨前后移动；还设有位于下一体化面7-2内侧与驱动块之间的第一驱动杆7-8、位于活动板4-2内侧与驱动块之间的第二驱动杆6-3；所述驱动块内部设有第一导引槽8-5及位于第一导引槽后方的第二导引槽8-6；所述第一导引槽包括第一前端11、第一中间位置12、第一后端13，第一前端11低于第一中间位置12及第一后端13、第一中间位置12低于第一后端13。第二导引槽8-6包括第二前端21、第二中间位置22、第二后端23，所述第二前端21高于第二中间位置22及第二后端23，第二后端23高于第二中间位置22。第一导引槽8-5内设有沿第一导引槽8-5内滚动的第一滑轮7-9，第一驱动杆7-8的一端与该第一滑轮7-9铰接。第二导引槽内设有沿第二导引槽内滚动的第二滑轮6-4，第二驱动杆6-3的一端与该第二滑轮6-4铰接该第一驱动杆7-8的一端与下一体化面7-2固定而下端通过位于第一导引槽8-5内的第一横轴与第一导引槽8-5铰接。第二驱动杆6-3的一端与活动板4-2铰接而下端通过位于第二导引槽8-6内的第二横轴与第二导引槽8-6铰接。如图1，当第一驱动杆7-8的一端位于第一前端11时，第二驱动杆6-3的一端位于第二前端21，活动板4-2前端抵靠于高速通道唇罩3内侧。如图2，当驱动块8-4向前移动至第一驱动杆7-8的一端位于第一中间位置12时，第二驱动杆6-3的一端位于第二中间位置8-6。下一体化面7-2向高速通道唇罩3靠近，活动板4-2前端抵靠于柔性扩压段7-3外侧,。如图3，当驱动块8-4向前移动至第一驱动杆7-8的一端位于第一后端13时，第二驱动杆6-3的一端位于第二后端23，活动板4-2前端抵靠于柔性扩压段7-3外侧。所述第二前端21为自前向后延伸有一段距离，第二驱动杆6-3的一端在该第二前端21的距离内滑动时，活动板4-2前端一直抵靠于高速通道唇罩3内侧。
高速通道1、低速通道2、唇罩3、高低速通道的分流板4、底座5、模态转换组件6、变几何组件7及电机作动组件8。其中，模态转换组件6主包括一端带有滑槽6-2的第二驱动杆6-3及滚轮6-4。活动板4-2上的销钉6-1穿在滑槽6-2中，滚轮6-4与第二驱动杆6-3相连。通过滚轮6-4的上下运动带动驱动杆6-3的往复运动，在第二驱动杆6-3的驱动下分流板4上的销钉6-1上下运动且在滑槽6-2内左右滑动，从而实现了模态转换。变几何组件7包括与一级外压缩面7-1铰接的二级外压缩面、内压段和喉道段一体化面7-2、与该一体化面7-2直接固定相连的柔性合金材料扩压段7-3、带有滑槽7-7的第一驱动杆7-8、滚轮7-9。第一驱动杆7-8由于一端与一体化面7-2固定，故只能在图1所示的方向中上下运动(即第一驱动杆7-8在横向上限位而无法横向摆动)。滚轮7-9与第一驱动杆7-8相连，一体化面7-2下部突出的销钉7-6穿在滑槽7-7中，柔性合金材料扩压段7-3与导块7-5固定相连，导块7-5与导轨7-4滑动相连。通过滚轮7-9的上下运动带动第一驱动杆7-8的往复运动，在第一驱动杆7-8的驱动下一体化面7-2下部突出的销钉7-6上下运动且在滑槽7-7内左右滑动，与此同时，与柔性合金材料扩压段7-3相连的导块7-5在导轨7-4上左右滑动。此过程调节了进气道的外压缩总压缩角的大小，同时也对进气道的喉道面积及内收缩比进行了调节。电机作动组件8包括固定在底座5上的电机8-1及滑轨8-2、内部设有轨道8-5及轨道8-6的驱动块8-4、与驱动块8-4固定相连的滑块8-3。电机8-1与驱动块8-4固定相连，滑块8-3与滑轨8-2滑动连接，滚轮7-9及滚轮6-4分别穿在轨道8-5及轨道8-6内。当电机8-1螺杆左右运动时，滑块8-3联同驱动块8-4整体左右运动，与此同时滚轮7-9及滚轮6-4分别沿着轨道8-5及轨道8-6的上下壁面滚动。由于与滚轮7-9相连的第一驱动杆7-8及与滚轮6-4相连的第二驱动杆6-3分别受到滑槽7-10及进气道侧壁凹槽的限制，滚轮7-9及滚轮6-4只能在以图1中所示的方向的竖直方向上下运动(即向内或者向外运动)。此过程为模态转换过程和变几何过程提供了动力。
该进气道的工作马赫数范围为马赫数0～6，模态转换马赫数为mt(2.5<mt<3)，低速模态的工作马赫数范围为0～mt，高速模态的工作马赫数范围为mt～6，低速模态下变几何调节马赫数范围为m1～mt(1.5<m1<2.5)。具体工作步骤如下：
(1)当飞行马赫数0<m∞<mt时，进气道工作于低速模态。在低速模态下随着飞行马赫数m∞的变化，进气道自起动和减速增压所需的喉道面积和内收缩比随之发生变化。当0<m∞≤m1时，电机8-1带动驱动块8-4滑动到右侧极限位置，此时销钉7-6、销钉6-1、导块7-5皆处于右侧极限位置；滚轮7-9及滚轮6-4分别位于轨道8-5及轨道8-6最左侧极限位置；滚轮7-9位于最低点，滚轮6-4位于最高点；分流板4的尖点与唇罩3内壁面接触。此时，高速通道1完全关闭低速通道2完全开启，喉道面积最大、内收缩比最小，进气道获得最佳起动能力，如图1所示。当m1<m∞<mt时，电机8-1带动驱动块8-4向左滑动，此时滚轮7-9不断被抬高而滚轮6-4的高度不发生变化，从而造成一体化面7-2逆时针方向绕铰链转动，进而带动柔性合金材料扩压段7-3向右上方运动，同时导块7-5向右滑动。此时，高速通道1依然完全关闭低速通道2依然完全开启、外压缩总压缩角不断增大、喉道面积不断减小、内收缩比不断增大，以匹配来流减速增压所需的压缩量。当m∞＝mt时，滚轮6-4滑动到轨道8-6水平段与下降段的交点处，此时外压缩总压缩角、喉道面积、内收缩比，满足低速模态下最大马赫数所需的压缩量。
(2)当飞行马赫数m∞>mt时，电机8-1继续带动驱动块8-4向左滑动，此时滚轮6-4沿着轨道8-6的下降段滚动，高度迅速下降，同时滚轮7-9也被不断抬高。当滚轮6-4下降到最低点时，分流板4的尖点处与柔性合金材料扩压段7-3的内侧相接触，此时低速通道2完全关闭高速通道1完全开启，完成模态转换，如图2所示。
(3)当飞行马赫数mt<m∞<6时，进气道工作于高速模态。电机8-1继续带动驱动块8-4向左滑动，此时滚轮7-9及滚轮6-4分别沿着轨道8-5及轨道8-6的上升段滚动，一体化面7-2逆时针方向绕铰链转动，柔性合金材料扩压段7-3与分流板4尖点处同步向上运动。此时外压缩总压缩角不断增大、喉道面积不断减小、内收缩比不断增大，保证了进气道在高马赫数下的压缩性能，提高了高马赫数下进气道的流量系数。当m∞＝6时，滚轮7-9及滚轮6-4运动到轨道8-5及轨道8-6最右侧极限位置，导块7-5运动到最左侧极限位置，如图3所示。此时外压缩总压缩角最大、喉道面积最小、内收缩比最大，激波封口，流量系数最大本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
1.一种模态转换联合变几何调节的内并联型进气道，其特征在于：包括自前向后延伸的高速通道(1)、位于高速通道内侧并与高速通道并排自前向后延伸的低速通道(2)、前体压缩面(7-1)、位于高速通道及低速通道之间的高速/低速通道的分流板(4)；所述分流板(4)包括固定板(4-1)及铰接在固定板前端的活动板(4-2)，活动板(4-2)自与固定板(4-1)的铰接位置向内或向外摆动；高速通道(1)的外壁面为高速通道唇罩(3)；低速通道(2)的内壁面包括铰接于前体压缩面(7-1)后端的下一体化面(7-2)、连接与下一体化面后端并向后延伸的柔性扩压段(7-3)；所述前体压缩面(7-1)、下一体化面(7-2)、柔性扩压段(7-3)的内侧设有底座(5)；底座上安装有驱动装置(8-1)、与驱动装置连接的驱动块(8-4)、承载驱动块的滑轨(8-2)，驱动块在驱动装置的驱动下沿滑轨前后移动；还设有位于下一体化面(7-2)内侧与驱动块之间的第一驱动杆(7-8)、位于活动板(4-2)内侧与驱动块之间的第二驱动杆(6-3)；所述驱动块内部设有第一导引槽(8-5)及位于第一导引槽后方的第二导引槽(8-6)；所述第一导引槽包括第一前端、第一中间位置、第一后端，第一前端低于第一中间位置及第一后端、第一中间位置低于第一后端，第二导引槽(8-6)包括第二前端、第二中间位置、第二后端，所述第二前端高于第二中间位置及第二后端，第二后端高于第二中间位置；
该第一驱动杆的一端与下一体化面(7-2)固定而下端通过位于第一导引槽内的第一横轴与第一导引槽铰接，第二驱动杆(6-3)的一端与活动板(4-2)铰接而下端通过位于第二导引槽内的第二横轴与第二导引槽铰接；
当第一驱动杆的一端位于第一前端时，第二驱动杆的一端位于第二前端，活动板(4-2)前端抵靠于高速通道唇罩(3)内侧；
当驱动块向前移动至第一驱动杆的一端位于第一中间位置时，第二驱动杆的一端位于第二中间位置，下一体化面(7-2)向高速通道唇罩(3)靠近，活动板(4-2)前端抵靠于柔性扩压段(7-3)外侧；
当驱动块向前移动至第一驱动杆的一端位于第一后端时，第二驱动杆的一端位于第二后端，活动板(4-2)前端抵靠于柔性扩压段(7-3)外侧。
2.根据权利要求1所述的内并联型进气道，其特征在于：所述第二导引槽(8-6)的第二前端为自前向后延伸有一段距离，第二驱动杆的一端在该第二前端的距离内滑动时，活动板(4-2)前端一直抵靠于高速通道唇罩(3)内侧。
3.根据权利要求2所述的内并联型进气道，其特征在于：所述底座的后端设有导轨(7-4)，柔性扩压段(7-3)的后端设有与导轨配合的导块(7-5)，导块在导轨上前后滑动。
4.根据权利要求1或2或3所述的内并联型进气道，其特征在于：所述第二驱动杆(6-3)穿过柔性扩压段(7-3)，并在柔性扩压段(7-3)的约束下在横向定位。
5.根据权利要求1或2或3所述的内并联型进气道，其特征在于：所述驱动块底部设有与滑轨(8-2)配合的数个滑块(8-3)。
6.根据权利要求5所述的内并联型进气道，其特征在于：所述下一体化面(7-2)的前端位于高速通道唇罩(3)的前方并与前体压缩面(7-1)，下一体化面(7-2)中包含依次自前向后延伸的二级外压缩面、内压段和喉道段。
7.根据权利要求1或2或3所述的内并联型进气道，其特征在于：所述第一导引槽(8-5)内设有沿第一导引槽(8-5)内滚动的第一滑轮(7-9)，第一驱动杆(7-8)的一端与该第一滑轮铰接；第二导引槽内设有沿第二导引槽内滚动的第二滑轮(6-4)，第二驱动杆(6-3)的一端与该第二滑轮铰接。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的内并联型进气道的控制方法，其特征在于：
进气道的工作马赫数范围为马赫数0～6，模态转换马赫数为mt，2.5<mt<3，低速模态的工作马赫数范围为0～mt，高速模态的工作马赫数范围为mt～6，低速模态下变几何调节马赫数范围为m1～mt，1.5<m1<2.5；具体工作步骤如下：
(1)当飞行马赫数0<m∞<mt时，第一驱动杆的一端位于第一前端时，第二驱动杆的一端位于第二前端，活动板(4-2)前端抵靠于高速通道唇罩(3)内侧；此时，高速通道(1)完全关闭，低速通道(2)开启，喉道面积最大、内收缩比最小；当m1<m∞<mt时，驱动装置带动驱动块(8-4)向前滑动，活动板(4-2)前端抵靠于高速通道唇罩(3)内侧，柔性合金材料扩压段(7-3)向活动板(4-2)方向移动运动，此时，高速通道依然完全关闭低速通道依然开启、外压缩总压缩角不断增大、喉道面积不断减小、内收缩比不断增大直至m∞＝mt，此时外压缩总压缩角、喉道面积、内收缩比，满足低速模态下最大马赫数所需的压缩量；
(2)当飞行马赫数m∞>mt时，驱动装置带动驱动块(8-4)继续向前滑动，直至第一驱动杆的一端位于第一中间位置，第二驱动杆的一端位于第二中间位置，活动板(4-2)的前端与柔性合金材料扩压段(7-3)相接触，此时低速通道(2)完全关闭高速通道(1)完全开启，完成模态转换；
(3)当飞行马赫数mt<m∞<6时，进气道工作于高速模态；驱动装置带动驱动块(8-4)继续向前滑动，第一驱动杆的一端位于第一后端，第二驱动杆的一端位于第二后端，活动板(4-2)的前端与柔性合金材料扩压段(7-3)相接触，柔性合金材料扩压段(7-3)向高速通道唇罩(3)方向移动，此时外压缩总压缩角不断增大、喉道面积不断减小、内收缩比不断增大，保证了进气道在高马赫数下的压缩性能，提高了高马赫数下进气道的流量系数；当m∞＝6时，柔性合金材料扩压段(7-3)移动至接近高速通道唇罩(3)的极限位，此时外压缩总压缩角最大、喉道面积最小、内收缩比最大，激波封口，流量系数最大。
技术总结