CN102009742A - 基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备 - Google Patents

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邓学蓥
王延奎
吴鹏
张延辉
马宝峰
李岩
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Abstract

本发明公开了一种基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备。所述设备包括控制舵体，其包含有整流装置，设置在舵体上表面的吹气槽和吸气槽；其中所述整流装置与所述吹气槽相联通，且包括整流腔和整流网，其中所述整流腔被所述整流网分为前整流腔和后整流腔；其中所述后整流腔中设置有压力传感器；气体储存装置，其通过输气管道与所述后整流腔连接；真空抽气装置，其通过输气管道与所述吸气槽连接。

Description

基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备
技术领域
本发明是一种基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备，属于航空航天技术领域。
背景技术
在现代飞行器上普遍采用各种控制舵面作为飞行控制的主要手段，但舵面大偏角下出现的流动分离会使舵面效能降低，严重影响飞行器的操稳特性。目前有多种主动或被动控制方式被用于解决舵面大偏角的流动分离问题，其中主动控制方式中以吹气襟翼和喷气襟翼技术为代表，被动控制技术中以漩涡发生器和多段襟翼为代表。
吹气襟翼技术，是将偏转的襟翼直接置于发动机高速喷流的下游，获得很高的升力。发动机的高速喷流吹除了分离气流，并给翼型增加了环量，使机翼获得很高的升力。喷气襟翼则是利用从发动机引出的压缩空气或燃气流，通过机翼后缘的缝隙沿整个翼展向后下方以高速喷出，形成一片喷气幕，从而起到襟翼的增升作用。以吹气为特点的主动控制方法均有很好的控制效果，但是都因为耗气量巨大而严重影响推进系统效率，并且还存在着控制方法单一的问题。
漩涡发生器是在控制舵面的上游安置固定的绕流片，使舵面上表面边界层转化为湍流流动状态，从而提高克服逆压梯度抵御分离的能力。多段缝翼是将控制舵面分成多段，在这种分段舵面完全展开时，下表面的气流从段与段之间的缝隙流向上表面吹除分离气流。被动流动控制技术的主要问题是在不需要流动控制时控制机构就成为负担，给飞机的整体气动性能带来不利影响，而且被动控制的控制效率与主动流动控制方法相比较低。
基于以上的技术问题和困难，有必要发展新型的舵面流动分离控制技术。
发明内容
本发明针对现有技术的弊端，公开了一种全新的基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备。
本发明可有效抑制和消除舵面大偏角下的流动分离，极大的提升舵面的气动效率，改善飞行器纵向和横向操稳特性，不会对发动机动力推进系统产生影响，并且设备简单，减小了舵面流动控制系统的复杂程度。
本发明公开的主动流动控制设备创造性地在控制舵面的上表面进行吹气和吸气，并且可以根据不同的情况调节吹气流量和吸气流量，使得不仅用于流动控制的用气量大幅减小，而且可以准确的提供所需的气动力增益，提高了流动控制的针对性。
本发明所述的基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备，包括控制舵体，其包含有整流装置，设置在舵体上表面上的吹气槽和吸气槽；其中所述整流装置与所述吹气槽相联通，且包括整流腔和整流网，其中所述整流腔被所述整流网分为前整流腔和后整流腔；其中所述后整流腔中设置有压力传感器；气体储存装置，其通过输气管道与所述后整流腔连接；真空抽气装置，其通过输气管道与所述吸气槽连接。
本发明所述的基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备，所述气体储存装置包括在其出口处设置的节流装置和流量计。所述节流装置用来调节从所述气体储存装置中流出的气体流量。所述流量计和所述后整流腔中的压力传感器用来测量吹气强度。
本发明所述的基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备，所述真空抽气装置包括在其入口处设置的节流装置和流量计。
本发明所述的基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备，所述与前整流腔和后整流腔连接的输气管道分别从所述控制舵体的两侧与控制舵体相连。
本发明所述的基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备，所述输气管道与所述控制舵体连接处均应进行密封处理。
附图说明
图1基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备系统示意图；
图2基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备中控制舵体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明所述的基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备，是在舵面前缘吹出高速气流，在舵面后缘吸气，以消除大舵偏角下的流动分离，从而提高舵面的气动效率，并改善飞行器的操稳特性。
本发明所述的基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备，如图1和图2所示，包括具有吹/吸气功能的控制舵体1，气体储存装置2，真空抽气装置3，后整流腔内的压力传感器1.1，前整流腔1.2，吹气槽1.3，整流网1.4，后整流腔1.5，吸气槽1.6等。
其中，所述具有吹/吸气功能的控制舵体1包括沿舵面展向分布的吹气槽1.3和同样沿舵面展向分布的吸气槽1.6。吹气槽1.3和吸气槽1.6之间是光滑平面，高速气流从吹气槽1.3喷出后，形成很薄的高速气幕，附着在该光滑平面上流向下游，并且高速气流的出口方向与翼型当地切线方向一致。
所述整流网1.4为通孔率约11％的金属网，它将整流腔分为前整流腔1.2和后整流腔1.5。高压气体首先从输气管道进入前整流腔1.2，此时高压气为方向杂乱无章的高紊流状态，经过整流网1.4后，进入后整流腔1.5后转变为流动平稳规整的均匀流，在整个后整流腔1.5中压力稳定，没有展向流动。在后整流腔1.5中还安置有压力变送器1.1，用以测量腔内压力，该测得压力和上游测得的气体流量一起用来计算吹气动量系数，即吹气强度的大小。
高压气通过吹气输气管道由控制舵体1的左右两端与后整流腔1.5相连，吸气输气管道也由控制舵体1的左右两端与吸气槽1.6相连。
所述气体储存装置2被安置于飞行器机身内部，其所储存的高压气为压缩空气。气体储存装置2出口处安装节流装置，可控制气体的流量。气体储存装置还包括位于节流装置下游的流量计，流量计用来测量气体流量。
所述真空抽气装置3被安置于飞行器机身内部，可以提供所需的负压力，用以吸气。真空抽气装置3的入口处安装节流装置，用来控制吸气流量。真空抽气装置还包括位于节流装置上游的流量计，流量计用来测量吸气流量。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.基于舵面吹/吸气的主动流动控制设备，其特征在于，包括：
控制舵体，其包含有整流装置、设置在舵体上表面的吹气槽和吸气槽；其中所述整流装置与所述吹气槽相联通，且所述整流装置包括整流腔和整流网，其中所述整流腔被所述整流网分为前整流腔和后整流腔；其中所述后整流腔中设置有压力传感器；
气体储存装置，其通过输气管道与所述后整流腔连接。
2.如权利要求1所述的基于舵面吹吸气的主动流动控制设备，其特征在于，还包括通过输气管道与所述吸气槽连接的真空抽气装置，其在当舵偏角大等于20°，而且所述气体储存装置中剩余气体小于40Mpa时启动。
3.如权利要求1所述的基于舵面吹吸气的主动流动控制设备，其特征在于，所述气体储存装置的出口处设置有节流装置和流量计。
4.如权利要求1所述的基于舵面吹吸气的主动流动控制设备，其特征在于，所述真空抽气装置的入口处设置有节流装置和流量计。
5.如权利要求3或4所述的基于舵面吹吸气的主动流动控制设备，其特征在于，所述截流装置为阀门。
6.如权利要求1所述的基于舵面吹吸气的主动流动控制设备，其特征在于，所述吹气槽位于舵面上表面前缘，所述吸气槽位于舵面上表面后缘；所述吹气槽和所述吸气槽均沿舵面上表面展向延伸且所述吹气槽和所述吸气槽之间为光滑平面。
7.如权利要求1所述的基于舵面吹吸气的主动流动控制设备，其特征在于，所述吹气槽和所述后整流腔的整体形状保证吹气气流方向为翼型当地切线方向。
8.如权利要求1所述的基于舵面吹吸气的主动流动控制设备，其特征在于，所述后整流腔的腔内压力通过所述设置在其中的压力传感器测得；
9.如权利要求1所述的基于舵面吹吸气的主动流动控制设备，其特征在于，所述整流网为一厚度为10mm的金属隔板，且所述金属隔板上面均匀地设置有至少50000个直径为0.2mm的通孔，且通孔率大等于11％。
10.如权利要求1所述的基于舵面吹吸气的主动流动控制设备，其特征在于，所述气体储存装置中的气体为高压空气。 
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