CN107344613A - 一种用于机翼和叶片的流体激励方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于机翼和叶片的流体激励方法，所述方法为将叶片或机翼前缘区域的进气孔上游或下游的流体抽吸进叶片或机翼内部，并在位于叶片或机翼后缘区域的出气孔鼓吹出叶片或机翼，所述流体抽吸和鼓吹依靠流体输送驱动装置提供动力，所述流体从进气孔进入叶片或者机翼内部依靠管道输送至出气孔。将表面槽抽吸方法与闭环控制相结合，将机翼或叶片前缘的抽吸和后缘的鼓吹组合，大大提升升力，减小了阻力。

Description

一种用于机翼和叶片的流体激励方法

技术领域

本发明属于叶片或机翼技术领域，具体涉及一种用于机翼和叶片的流体激励方法。

背景技术

通过稳定抽吸来延迟流动分离最早开始于1904年，当普兰特尔(Prandtl)展示边界层理论时，通过位于圆柱体表面上的狭窄吸入槽去除边界层的旋转流动，从而在大部分圆柱体表面上保持附着的流动。Ackeret，Betz&Schrenk将这个想法应用于Joukowski型的厚翼型，通过抽吸的流动来延迟分离从而减小其阻力，并且也被Lachmann引用。这种槽抽吸的方法被用于不同的翼型和不同的襟翼，以增强升力，但是所涉及的吸入量太高(1％<CQ<3％)，并不能普及到实际应用。即使表面槽抽吸和多槽抽吸仍然被认为对在高雷诺数下保持层流是有价值的方法，但为减少高速下的阻力而变薄的翼型，使得为除去低压外部流体所需的内部较大的管道应用更加受限。边界层分离的多种流动控制方法已经使用了一个多世纪，为了补救边界层分离，表面槽抽吸法是从零开始抽吸并逐渐增加，直到流动重新附着表面，这相比于恒定流吹能够节省大量的能量，然而，通过重定向分离的流内部的继承能量来最小化能量输入的领域是未能涉及，Nishri证明通过槽引入周期性激励(没有净质量流量)可以迫使已偏转的襟翼上的分离流重新附着表面，在他的实验中，流动状态的非常敏感的指示器是压力中心Xcp，当流被分离时，Xcp在襟翼大约中间的位置摆动，而当流被重新附着时移动到更靠近前缘。

使用闭环控制策略进一步减小了这种槽抽控制方法所需的能量，并实验证实了其在能量节约方面的有用性，通过连续监测流量和控制吸入参数，可以在最低可能的干预水平下保持附着的流量条件，并安全地进行控制。这种现象之前从未在作为实际应用的独立实体的翼型上进行试验，表面槽抽吸法也从来没有在这种情况下作为主要控制方法实验过，这些在获得对表面槽抽吸法物理学理解的基础上的新的发现，并在大量实验基础上，衍生了一种节能、有效的流体控制方法，本发明提供了一种用于机翼和叶片的流体激励方法，该方法将槽抽吸法应用到独立实体的机翼或叶片上，用来提供升力减少阻力。

发明内容

本发明提供了一种用于机翼和叶片的流体激励方法，将表面槽抽吸方法与闭环控制相结合，将机翼或叶片前缘的抽吸和后缘的鼓吹组合，大大提升升力，减小了阻力。

本发明提供的一种用于机翼和叶片的流体激励方法，所述方法为将叶片或机翼前缘区域的进气孔上游或下游的流体抽吸进叶片或机翼内部，并在位于叶片或机翼后缘区域的出气孔鼓吹出叶片或机翼，所述流体抽吸和鼓吹依靠流体输送驱动装置提供动力，所述流体从进气孔进入叶片或者机翼内部依靠管道输送至出气孔。所述流体输送驱动装置一般采用离心式、轴流式、离心-轴流混合型的泵。所述管道可以采用细管并联后与粗管串联的方式连通到流体输送驱动装置。

进一步的，所述方法还包括通过设置在管道上的流量调节装置调节管道流量。

进一步的，所述方法还包括通过设置在叶片或者机翼上的压力传感器检测压力信号。

进一步的，所述方法还包括通过闭路控制系统将压力传感器采集的压力信号输出至流体输送驱动装置控制系统。

本发明的有益效果：

本发明是在独立的机翼或叶片前缘使用闭环控制下的表面槽抽吸的主动控制方法，史无前例的将表面槽抽吸方法与闭环控制相结合，将进气孔上游、特别是下游的流体倒吸入叶片或者机翼内，比传统的把叶片或机翼外的流体从流动上游吸入机翼或叶片内产生更大的总体环量，从而产生更高的升力系数。机翼或叶片前缘的抽吸和后缘的鼓吹组合的方法是前所未有的，前缘的抽吸和后缘的鼓吹在对机翼表面的流场影响上各自独立，前缘的抽吸目的在控制机翼或叶片外围流场的环量，从而增加升力系数，而后缘的鼓吹主要是控制机翼或叶片后半部流体的表面附着程度，减小尾流宽度，从而减小阻力系数，同时对升力系数的提高做贡献。两种控制方法的结合不仅加倍抽吸和鼓吹的控制效益，更解决了两者单独使用时面临的气流排放和来源的问题。

附图说明

图1是本发明实施例一的叶片结构示意图，

图2是本发明实施例一的叶片结构另一示意图，

图3是本发明实施例一至实施例四的叶片或机翼的整体结构示意图，

图4是本发明实施例二的叶片结构示意图，

图5是本发明实施例二的叶片结构另一示意图，

图6是本发明实施例三的机翼结构示意图，

图7是本发明实施例四的机翼结构示意图。

1、进气孔，2、出气孔，3、流体输送驱动装置，4、管道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。

实施例一

参照图1，所述叶片的前缘区域压力面一侧设有进气孔，所述进气孔的进气端朝向进气孔下游，参照图1和图2，叶片的后缘区域压力面一侧或者升力面一侧设有出气孔，参照图3，所述流体输送驱动装置设在叶片内部中间区域，所述每一个进气孔通过管道与流体输送驱动装置连通并连通至出气孔。

所述用于叶片的流体激励方法为：

首先，位于每个管道上的流量调节装置调节每个管道的抽吸流量，然后，位于叶片上的压力传感器检测压力信号，并将压力信号经闭路控制系统输出到流体输送驱动装置控制系统，流体输送驱动装置工作，输出合适马力，将叶片进气孔下游的流体抽吸进叶片内部的管道，最后在流体输送驱动装置的作用下从出气孔鼓吹出叶片。

叶片前缘区域流体的抽吸，增加了叶片附近流场的环量，从而提高空气动力升力系数。当叶片内的流体从后缘区域的出气孔吹出时，在一定的雷诺数范围内，吹出的气流在叶片表面形成负压，从而使表面流体贴合面积更大，缩小尾流，从而提高空气动力升力系数，同时减小阻力系数。本实施例将进气孔下游流体抽吸进入叶片，能产生更大的正向涡流旋度，从而增加更多的叶片附近流场环量。

实施例二

参照图4，所述叶片的前缘区域压力面一侧设有进气孔，所述进气孔的进气端朝向进气孔上游，参照图4和图5，叶片的后缘区域压力面一侧或者升力面一侧设有出气孔，参照图3，所述流体输送驱动装置设在叶片内部中间区域，所述每一个进气孔通过管道与流体输送驱动装置连通并连通至出气孔。

所述用于叶片的流体激励方法为：

首先，位于每个管道上的流量调节装置调节每个管道的抽吸流量，然后，位于叶片上的压力传感器检测压力信号，并将压力信号经闭路控制系统输出到流体输送驱动装置控制系统，流体输送驱动装置工作，输出合适马力，将叶片进气孔上游的流体抽吸进叶片内部的管道，最后在流体输送驱动装置的作用下从出气孔鼓吹出叶片。

叶片前缘区域流体的抽吸，增加了叶片附近流场的环量，从而提高空气动力升力系数。当叶片内的流体从后缘区域的出气孔吹出时，在一定的雷诺数范围内，吹出的气流在叶片表面形成负压，从而使表面流体贴合面积更大，缩小尾流，从而提高空气动力升力系数，同时减小阻力系数。本实施例将进气孔上游流体抽吸进入叶片，也能产生正向涡流旋度，从而增加叶片附近流场环量。

实施例三

参照图6，所述机翼的前缘区域压力面一侧设有进气孔，所述进气孔的进气端朝向进气孔下游，所述机翼的后缘区域襟翼的压力面一侧设有出气孔，参照图3，所述流体输送驱动装置设在机翼内部中间区域，所述每一个进气孔通过管道与流体输送驱动装置连通并连通至出气孔。

所述用于机翼的流体激励方法为：

首先，位于每个管道上的流量调节装置调节每个管道的抽吸流量，然后，位于机翼上的压力传感器检测压力信号，并将压力信号经闭路控制系统输出到流体输送驱动装置控制系统，流体输送驱动装置工作，输出合适马力，将机翼进气孔下游的流体抽吸进机翼内部的管道，最后在流体输送驱动装置的作用下从出气孔鼓吹出机翼。

机翼前缘区域流体的抽吸，增加了机翼附近流场的环量，从而提高空气动力升力系数。当机翼内的流体从后缘区域的出气孔吹出时，在一定的雷诺数范围内，吹出的气流在机翼表面形成负压，从而使表面流体贴合面积更大，缩小尾流，从而提高空气动力升力系数，同时减小阻力系数。本实施例将进气孔下游流体抽吸进入机翼，能产生更大的正向涡流旋度，从而增加更多的机翼附近流场环量。

实施例四

参照图7，所述机翼的前缘区域压力面一侧设有进气孔，所述进气孔的进气端朝向进气孔上游，所述机翼的后缘区域襟翼的压力面一侧设有出气孔，参照图3，所述流体输送驱动装置设在机翼内部中间区域，所述每一个进气孔通过管道与流体输送驱动装置连通并连通至出气孔。

所述用于机翼的流体激励方法为：

首先，位于每个管道上的流量调节装置调节每个管道的抽吸流量，然后，位于机翼上的压力传感器检测压力信号，并将压力信号经闭路控制系统输出到流体输送驱动装置控制系统，流体输送驱动装置工作，输出合适马力，将机翼进气孔上游的流体抽吸进机翼内部的管道，最后在流体输送驱动装置的作用下从出气孔鼓吹出机翼。

机翼前缘区域流体的抽吸，增加了机翼附近流场的环量，从而提高空气动力升力系数。当机翼内的流体从后缘区域的出气孔吹出时，在一定的雷诺数范围内，吹出的气流在机翼表面形成负压，从而使表面流体贴合面积更大，缩小尾流，从而提高空气动力升力系数，同时减小阻力系数。本实施例将进气孔上游流体抽吸进入机翼，也能产生正向涡流旋度，从而增加机翼附近流场环量。

Claims (4)

1.一种用于机翼和叶片的流体激励方法，其特征在于：所述方法为将叶片或机翼前缘区域的进气孔上游或下游的流体抽吸进叶片或机翼内部，并在位于叶片或机翼后缘区域的出气孔鼓吹出叶片或机翼，所述流体抽吸和鼓吹依靠流体输送驱动装置提供动力，所述流体从进气孔进入叶片或者机翼内部依靠管道输送至出气孔。

2.根据权利要求1所述的用于机翼和叶片的流体激励方法，其特征在于：所述方法还包括通过设置在管道上的流量调节装置调节管道流量。

3.根据权利要求2所述的用于机翼和叶片的流体激励方法，其特征在于：所述方法还包括通过设置在叶片或者机翼上的压力传感器检测压力信号。

4.根据权利要求3所述的用于机翼和叶片的流体激励方法，其特征在于：所述方法还包括通过闭路控制系统将压力传感器采集的压力信号输出至流体输送驱动装置的控制系统。