CN104314690A - 一种等离子体相变控制进气道及控制方法 - Google Patents

一种等离子体相变控制进气道及控制方法 Download PDF

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郝江南
高超
王玉玲
武斌
索涛
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Abstract

本发明涉及一种具有可以控制进气道气流流动分离的进气道，在发动机进气道唇口位置和发生流动分离的弯道处，布置双极性等离子体激励器。当气流流经该位置产生流动分离时，开启双极性等离子体激励器，空气与安放在该位置的双极性等离子体激励器接触并被电离发生相态变化成等离子体态。受电场控制，等离子体被吸附于唇口表面向后运动，运动过程中空气不断在等离子体态和气态相互转化，完成对唇口气流的有效控制，减弱甚至是消除气流的流动分离。本发明的进气道具有了对于近壁面气流的控制能力，可有效的减小气流的分离情况发生，提高进气道工作效率，并且受到等离子体的助燃作用，发动机燃料更为充分、迅捷，抬升发动性能、增加发动机推力。

Description

一种等离子体相变控制进气道及控制方法
技术领域
本发明属于发动机进气装置，具体涉及一种具有可以控制进气道气流流动分离的进气道。
背景技术
飞行器进气道是航空推进系统的一个重要组成部分，它是为发动机提供空气流量的通道。发动机进气道与发动机的良好匹配工作可以提高飞机战术性能。另一方面，飞行器隐身也是各军事强国竞争追逐的目标。针对这两方面的要求，S形进气道是目前一种两者都可以兼顾的选择。其二弯道结构可以使雷达波在进气道内经过多次反射而衰减，减小发动机可视面积。
但是，在实际飞行过程中气流在进气道唇口、S形弯道处会有流动分离现象出现，这些流动分离严重影响了发动的性能，造成发动机喘振、停车甚至是损毁。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有可以控制进气道气流流动分离的进气道，控制发动机进气道气流流动分离。
技术方案
一种等离子体相变控制进气道，包括进气道本体1，其特征在于还包括双极性等离子体激励器；发动机进气道唇口位置设有第一双极性等离子体激励器2，在发生流动分离的两个弯道处分别设有第二双极性等离子体激励器3和第三双极性等离子体激励器4；所述第一双极性等离子体激励器2、第二双极性等离子体激励器3和第三双极性等离子体激励器4的位置保证该部位的气流分离点与双极性等离子体激励器重合。
所述双极性等离子体激励器的第一级发射极的安放位置在气流分离点前。
一种所述等离子体相变控制进气道的控制方法，其特征在于：当气流流经唇口时，未施加第一双极性等离子体激励器2控制，气流产生流动分离时，开启第一双极性等离子体激励器2，空气与安放在唇口表面的第一双极性等离子体激励器2接触并被电离发生相态变化成等离子体态；当气流流经第二双极性等离子体激励器3的弯道时，未施加第二双极性等离子体激励器3控制，气流产生流动分离时，开启第二双极性等离子体激励器3，空气与安放在弯道的第二双极性等离子体激励器3接触并被电离发生相态变化成等离子体态；当气流流经第三双极性等离子体激励器4的弯道时，未施加第三双极性等离子体激励器4控制，气流产生流动分离时，开启第三双极性等离子体激励器4，空气与安放在弯道的第三双极性等离子体激励器4接触并被电离发生相态变化成等离子体态；在运动过程中空气不断在等离子体态和气态相互转化，完成对气流的有效控制，减弱甚至是消除气流的流动分离。
有益效果
本发明提出的一种具有可以控制进气道气流流动分离的进气道，在发动机进气道唇口位置和发生流动分离的弯道处，布置双极性等离子体激励器。当气流流经该位置产生流动分离时，开启双极性等离子体激励器，空气与安放在该位置的双极性等离子体激励器接触并被电离发生相态变化成等离子体态。受电场控制，等离子体被吸附于唇口表面向后运动，运动过程中空气不断在等离子体态和气态相互转化，完成对唇口气流的有效控制，减弱甚至是消除气流的流动分离。
本发明与现有的进气道相比较，基于双极性等离子体激励器的相变流动控制进气道不需要改变其结构形状，只需要在局部位置进行修改。在改变气流的相态进行控制后，进气道具有了对于近壁面气流的控制能力，可有效的减小气流的分离情况发生，提高进气道工作效率，并且受到等离子体的助燃作用，发动机燃料更为充分、迅捷，抬升发动性能、增加发动机推力。
附图说明
图1：等离子体相变控制进气道结构图
图2：激励器关闭时等离子体相变控制进气道工作示意图
图3：激励器关闭时等离子体相变控制进气道工作示意图
1.进气道本体；2.第一双极性等离子体激励器；3.第二双极性等离子体激励器；4.第三双极性等离子体激励器；5.进口；6.外壁面；7.内壁面；8.唇口；9.喉道；10.第1弯道；11.中间弯道；12.第2弯道；13.后直段；14.出口；15.唇口分离气流；16.唇口漩涡；17.第1弯道分离气流；18.第1弯道漩涡；19.第2弯道分离气流；20.第2弯道漩涡；21.唇口受控气流；22.第1弯道受空气流；23.第2弯道受控气流。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
基于双极性等离子体激励器的相变流动控制进气道，如图2所示，进气道形式为：矩形进气口100mm*84mm，圆形出口直径128mm，由唇口8、喉道9、第1弯道10、中间弯道11、第2弯道12和后直段13组成。第一双极性等离子体激励器2布置于唇口8处，第二双极性等离子体激励器3布置于第1弯道气流分离区，第三双极性等离子体激励器4布置于第2弯道气流分离区。
当气流在唇口8处发生分离时，唇口分离气流15气流远离唇口8表面运动，并形成了反向运动的唇口漩涡16，同样的情况会在第1弯道10和第2弯道12处出现，第1弯道分离气流17、和第2弯道分离气流19，远离驶离进气道表面，出现反向运动第1弯道漩涡18和第2弯道漩涡20。
唇口8处出现的气流分离会造成唇口气流拥塞，减小气流的吸入量，同时气流流动凌乱影响下游流动的均匀性。开启第一双极性等离子体激励器2后，唇口受控气流21在唇口8处受到控制。为获得大范围控制角度，第一双极性等离子体激励器2的第1级电极的后缘布置于唇口8前缘前部。唇口分离气流15在第一双极性等离子体激励器2作用下发生变化，其相态有气态变为等离子体态，使其获得电学特性。通过器导电特性，空气以等离子体态吸附于第一双极性等离子体激励器2表面并向下游运动。再在此过程中，气流15不断进行气态和等离子体态转化中完成对于唇口漩涡16的控制作用，最后唇口漩涡16消失或减弱成为唇口受控气流21。
同样第二双极性等离子体激励3对第1弯道分离气流17进行有效控制。第三双极性等离子体激励器4对第2弯道分离气流19进行有效控制。
经过3组激励器的控制，减弱了气流的分离情况，气流在进气道内部可以通畅地向出口方向运动，气流流动均匀、稳定，并且由于等离子体具有的强氧化助燃作用，发动机燃烧充分、迅速，燃烧效率升高发动机推力提高。

Claims (3)

1.一种等离子体相变控制进气道，包括进气道本体(1)，其特征在于还包括双极性等离子体激励器；发动机进气道唇口位置设有第一双极性等离子体激励器(2)，在发生流动分离的两个弯道处分别设有第二双极性等离子体激励器(3)和第三双极性等离子体激励器(4)；所述第一双极性等离子体激励器(2)、第二双极性等离子体激励器(3)和第三双极性等离子体激励器(4)的位置保证该部位的气流分离点与双极性等离子体激励器重合。
2.根据权利要求1所述等离子体相变控制进气道，其特征在于：所述双极性等离子体激励器的第一级发射极的安放位置在气流分离点前。
3.一种权利要求1所述等离子体相变控制进气道的控制方法，其特征在于：当气流流经唇口时，未施加第一双极性等离子体激励器(2)控制，气流产生流动分离时，开启第一双极性等离子体激励器(2)，空气与安放在唇口表面的第一双极性等离子体激励器(2)接触并被电离发生相态变化成等离子体态；当气流流经第二双极性等离子体激励器(3)的弯道时，未施加第二双极性等离子体激励器(3)控制，气流产生流动分离时，开启第二双极性等离子体激励器(3)，空气与安放在弯道的第二双极性等离子体激励器(3)接触并被电离发生相态变化成等离子体态；当气流流经第三双极性等离子体激励器(4)的弯道时，未施加第三双极性等离子体激励器(4)控制，气流产生流动分离时，开启第三双极性等离子体激励器(4)，空气与安放在弯道的第三双极性等离子体激励器(4)接触并被电离发生相态变化成等离子体态；在运动过程中空气不断在等离子体态和气态相互转化，完成对气流的有效控制，减弱甚至是消除气流的流动分离。
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