CN108722694A - 一种超音速射流振荡器 - Google Patents

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雷晗
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    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
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Abstract

本发明提供一种超音速射流振荡器，该装置由正反馈式振荡器和拉瓦尔喷管组成。该振荡器的工作过程是：气流从射流入口段进入，通过振荡腔，在分流劈的分流下，根据科恩达效应随机偏转向一边，附着于两面附壁面的其中一侧，大部分流体将通过拉瓦尔喷管结构，并从亚音速流动发展为超音速流动，最后从射流出口段流出，少量流体通过反馈通道流回振荡腔作用于射流入口段流入的射流，并使之偏转向附壁面的另一壁面附着，如此周而复始地循环，形成有一定频率的超音速射流从射流出口段交替流出。本发明可以产生稳定的超音速振荡射流，弥补现阶段射流振荡器只能产生亚音速射流的不足，满足流体控制等领域对更高能量振荡射流的需求。

Description

一种超音速射流振荡器
技术领域
本发明涉及一种可产生振荡射流的振荡器，尤其是可以产生超音速振荡射流。
背景技术
射流振荡器是一种在入口输入定常的高压流体，出口产生非定常脉动射流的流体器件。根据射流振荡器的工作原理，通常可分为负载式振荡器，反馈式振荡器，音波式振荡器和共鸣式振荡器。反馈式振荡器可进一步分为正反馈式射流振荡器和负反馈式射流振荡器，正反馈式振荡器是将输出射流的部分流体引入到输入射流同侧控制口达到控制射流的作用，负反馈式振荡器是将流体引入到异侧控制口。本发明是一种正反馈式射流振荡器。
由于射流振荡器结构简单、体积小、工作稳定，在流体领域应用广泛。例如：射流振荡器常应用于流体振动流量计，这种流体振动流量计利用了射流振荡器内流体振动频率只与流速有关的规律，用于测量流体流量。射流振荡器也可用于气波制冷机，将射流振荡器的脉冲射流输出到接受管中，在管内产生冲击波，使得管内气体压力和温度升高，高温气体通过翅片将热量传出，使得射流本身温度大大降低，达到制冷效果。射流振荡器也可用于流体控制，利用射流振荡器产生的扫略射流或非定常脉冲射流破坏边界层，使得主流提前转捩，达到控制分离的效果。
关于射流振荡器的第一篇专利是Warren在1962年发表的“Negative FeedbackOscillator”，由于射流振荡器和很多领域都有良好的结合性，此后关于射流振荡器的专利层出不穷。在射流振荡器输入流体压力高于临界压力的条件下，一旦输入的流体在射流振荡器振荡腔内加速到超声速，形成一系列强烈的膨胀、压缩过程，这股超声速流体在振荡腔内不能附壁和形成压力的反馈，从而不能产生超声速的振荡射流。所以现阶段的所有关于射流振荡器的专利产生的均为亚音速脉冲射流。而在流体控制方面，能量更高的脉冲射流意味着达到更好的控制效果，因此可产生超音速脉冲射流的射流振荡器已成为流体控制领域的迫切需求。本发明所提供的超音速射流振荡器，可产生稳定的超音速振荡射流，能够满足航空航天、流体控制等领域的应用和研究需求。
发明内容
本发明设计了一种结构新颖、特殊的射流振荡器，可以提供超音速振荡射流。
一种超音速射流振荡器，包括射流入口段、振荡腔、分流劈、两个附壁面、两个反馈通道、两个射流出口段，所述反馈通道包括反馈通道入口、反馈通道出口，所述反馈通道入口与射流出口段之间连通有拉瓦尔喷管结构，所述拉瓦尔喷管结构自其入口逐渐收缩至一个窄喉，窄喉之后逐渐扩张至射流出口段。
进一步的，所述分流劈前半段为等腰三角形，后半段为长方形，前半段和附壁面共同组成附壁面处流道，后半段置于滑槽内，且能够沿着分流劈的中轴线在滑槽内移动，通过在滑槽内移动该分流劈，可以改变振荡腔的面积从而改变振荡频率。
进一步的，所述分流劈的尖劈为锐角，使射流切换流动方向更加灵敏。
进一步的，所述分流劈的尖劈顶点与射流入口段末端形成等腰三角形，使得附壁面处流道宽度大于射流入口段末端，形成流通面积扩张的亚音速射流振荡区，且在其内始终保持流体的亚音速流动状态，为射流在拉瓦尔喷管结构由亚音速发展为超音速创造条件，同时避免射流在振荡腔内发展为超音速状态而不振荡。
进一步的，所述反馈通道出口的流道方向与射流入口段的流道方向垂直，使得反馈流体对主射流控制效果最佳。
进一步的，所述反馈通道入口的流道方向和附壁面的流道方向呈一锐角，方便反馈流流入。
进一步的，所述反馈通道的流道方向从反馈通道入口平滑过渡到反馈通道出口，可减小反馈流的流动损失，增大反馈流控制效果。
进一步的，所述整个附壁面的流道方向保持一致，方便射流附着于附壁面，提高振荡稳定性，同时方便反馈流流入反馈通道入口。
本发明的有益效果是：1、可以产生稳定的超音速振荡射流，弥补现阶段射流振荡器只能产生亚音速射流的不足，满足流体控制等领域对更高能量振荡射流的需求；
2、分流劈可以在滑槽内沿着中轴线小范围移动，起到改变振荡腔的流通面积，和调节振荡频率的作用；
3、本发明中各段之间倒圆角平滑处理，分流劈采用锐角尖劈，整个附壁面的流道方向保持一致等结构均有益于提高振荡的稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用于对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是超音速射流振荡器的立体结构示意图。
图2是超音速射流振荡器的一种剖面结构示意图。
图3是流体流动路径示意。
图4是流体流动另一路径示意。
其中，上述所有附图同一数字的附图标记具有相同含义：
1、射流入口段；2、振荡腔；3、分流劈；4、附壁面；5、反馈通道；6、拉瓦尔喷管结构；7、射流出口段；8反馈通道出口；9、反馈通道入口；10、滑槽。
具体实施方式
如图1和图2所示，整个超音速射流振荡器沿中轴线对称分布，射流入口段1、振荡腔2、分流劈3、附壁面4、反馈通道5、反馈通道出口8、反馈通道入口9、滑槽10构成亚音速射流振荡区，拉瓦尔喷管结构6、射流出口段7构成超音速射流区。亚音速射流振荡区和超音速射流区共同构成整个超音速射流振荡器。
各个结构之间具体的特征是：
在图1中，射流入口段1与振荡腔2连接处倒圆角平滑处理。反馈通道5流道方向从反馈通道入口9平滑过渡到反馈通道出口8。分流劈3采用锐角尖劈，且在滑槽10内可以沿着中轴线小范围移动。反馈通道入口9和附壁面4处流道方向呈一锐角，方便反馈流进入。反馈通道出口8流道方向与射流入口段1流道方向垂直。整个附壁面4的流道方向保持不变。拉瓦尔喷管结构6整体上流道先收缩后扩张。反馈通道入口9与拉瓦尔喷管结构6的入口之间为直线段，且流道方向与射流入口段1的流道方向平行。射流出口段7与外界大气相通，该段由一段直线段构成，其方向与射流入口段1方向保持平行。
如图2中虚线所示，振荡腔3内的尖劈顶点与射流入口段1末端形成一个锐角等腰三角形，使得附壁面4处流道宽度大于射流入口段1末端，形成一段呈现流通面积扩张的通道，得以在亚音速射流振荡区内始终保持流体的亚音速流动状态，且保证射流能够产生振荡。
为方便说明，图3、图4分别给出了振荡器工作过程中，流体沿两面附壁面的流动路径，箭头的方向代表流体的流动方向，下面对整个振荡器工作过程具体说明：
流体从射流入口段1进入，通过振荡腔2，在分流劈3的分流下，根据科恩达效应随机偏转向一边，附着于两面附壁面4的其中一侧，大部分流体将通过拉瓦尔喷管结构6，并从亚音速流动发展为超音速流动，最后从射流出口段7流出，少量流体进入反馈通道入口9，通过反馈通道5流至反馈通道出口8，作用于射流入口段1流入的射流，并使之偏转向附壁面4的另一壁面附着，如此周而复始地循环，形成有一定频率的超音速射流从射流出口段7交替流出。通过分流劈3在滑槽10内沿着中轴线小范围移动，起到改变振荡腔2的流通面积，调节振荡频率的作用。
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。

Claims (9)

1.一种超音速射流振荡器，包括射流入口段(1)、振荡腔(2)、分流劈(3)、两个附壁面(4)、两个反馈通道(5)、两个射流出口段(7)，所述反馈通道(5)包括反馈通道入口(9)、反馈通道出口(8)，其特征在于：所述反馈通道入口(9)与射流出口段(7)之间连通有拉瓦尔喷管结构(6)，所述拉瓦尔喷管结构(6)自其入口逐渐收缩至一个窄喉，窄喉之后逐渐扩张至射流出口段(7)。
2.根据权利要求1所述的一种超音速射流振荡器，其特征在于，所述分流劈(3)前半段为等腰三角形，后半段为长方形，前半段和附壁面(4)共同组成附壁面处流道。
3.根据权利要求2所述的一种超音速射流振荡器，其特征在于，还包括滑槽(10)，所述分流劈(3)的后半段置于滑槽(10)内，且能够沿着分流劈(3)的中轴线在滑槽(10)内移动。
4.根据权利要求1所述的一种超音速射流振荡器，其特征在于，所述分流劈(3)的尖劈为锐角。
5.根据权利要求1所述的一种超音速射流振荡器，其特征在于，所述分流劈(3)的尖劈顶点与射流入口段(1)末端形成等腰三角形。
6.根据权利要求1所述的一种超音速射流振荡器，其特征在于，所述反馈通道出口(8)的流道方向与射流入口段(1)的流道方向垂直。
7.根据权利要求1所述的一种超音速射流振荡器，其特征在于，所述反馈通道入口(9)的流道方向和附壁面(4)的流道方向呈一锐角。
8.根据权利要求1所述的一种超音速射流振荡器，其特征在于，所述反馈通道(5)的流道方向从反馈通道入口(9)平滑过渡到反馈通道出口(8)。
9.根据权利要求1所述的一种超音速射流振荡器，其特征在于，所述整个附壁面(4)的流道方向保持一致。
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