CN109751288A - 低反力度压气机非定常振荡吸吹装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，它设置在气流输送管路内，包括静止圆盘、动圆盘、步进电机和导流罩，静止圆盘固定在气流输送管路上，静止圆盘的一侧表面与动圆盘连接，另一侧表面设置导流罩，动圆盘通过步进电机的输出轴带动旋转；静止圆盘上设置主通气孔，动圆盘上设置辅助通气孔。本发明能够显著降低流动控制对抽吸位置的敏感响应特性，达到有效抑制气流输送管路内复杂三维流动分离的目的，降低损失。

Description

低反力度压气机非定常振荡吸吹装置

技术领域

本发明涉及压气机流动控制吸气及吹气技术领域，尤其涉及一种低反力度压气机非定常振荡吸吹装置。

背景技术

低反力度压气机内部必须采用合适的流动控制技术以抑制静叶栅内部的大尺度分离流动方可正常工作。随着实验手段以及数值仿真技术的发展，关于附面层定常吸气及吹气的方案以及其理论方面的研究已经十分深入。

其中附面层定常吸气通过吸出附面层内部的低能流体来降低附面层的发展，以消除附面层定常吸气的控制效果对抽吸位置及抽吸流量较为敏感的缺陷，共整个控制过程的变工况适应能力较差。相对于所述附面层定常吸气，附面层定常吹气技术是指在固体表面选择合适的位置开设孔或槽，外界气源通过孔或槽沿特定角度向流场引入射流以增加附面层内部低能流体的动能，提升附面层抵抗逆压梯度的能力，最终消除或推迟分离流动。为了保护控制过程中射流的稳定性，附面层定常吹气技术通常需要配套复杂的辅助系统，这就限制了其应用。

因此，针对以上不足，需要提供一种新的流动控制装置，使流动控制中对抽吸位置的敏感响应特定显著降低，从而提升流动控制的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中定常吸气及吹气的附面层流动控制中，存在变工况适应能力差或配套实施装置结构复杂的缺陷，提供一种低反力度压气机非定常振荡吸吹装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，它设置在气流输送管路内，包括：

静止圆盘、动圆盘、步进电机和导流罩，

静止圆盘固定在气流输送管路上，静止圆盘的一侧表面与动圆盘连接，另一侧表面设置导流罩，动圆盘通过步进电机的输出轴带动旋转；

静止圆盘上设置主通气孔，动圆盘上设置辅助通气孔。

在根据本发明所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置中，

所述主通气孔和辅助通气孔的设置使动圆盘在相对于静止圆盘旋转的过程中，通流面积由全开到全闭发生周期性变化。

在根据本发明所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置中，

所述主通气孔沿静止圆盘的径向按圈分布，并且每一圈主通气孔沿圆周方向均匀分布；所述动圆盘上辅助通气孔的设置形式与主通气孔在静止圆盘上设置形式相同。

在根据本发明所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置中，所述主通气孔沿径向由内向外直径逐渐增大，每一圈上相邻主通气孔之间间隔至少为所述相邻主通气孔的直径；其中任一圈上的每个主通气孔沿圆周方向处于相邻圈相应的两个主通气孔中间。

在根据本发明所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置中，所述导流罩为半球形，所述导流罩的半径为静止圆盘半径的10～80％。

在根据本发明所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置中，

所述静止圆盘、动圆盘、导流罩与气流输送管路的轴线重合。

在根据本发明所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置中，所述静止圆盘通过多个支撑筋板与气流输送管路固定连接。

在根据本发明所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置中，所述支撑筋板为6个。

在根据本发明所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置中，

所述步进电机的输出轴与动圆盘通过键连接。

在根据本发明所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置中，所述吸吹装置还包括支撑套、轴承座和支撑架，

所述步进电机设置在支撑套内，支撑套固定在支撑架上，支撑套处于支撑架与动圆盘之间，步进电机通过轴承座与支撑套固定。

实施本发明的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，具有以下有益效果：本发明设置在气流输送管路内，当动圆盘在步进电机的带动下旋转的时候，动圆盘与静止圆盘的通孔位置发生相对变化，使得气流输送管路内流场的通流面积发生变化。随着通流面积的变化，气流输送管路内稳定的来流将发生振荡，从而实现非定常振荡抽吸气流及吹气气流。

本发明利用附面层振荡抽吸及吹气来达到流动控制的效果，能够显著降低流动控制对抽吸位置的敏感响应特性，达到有效抑制气流输送管路内复杂三维流动分离的目的，降低损失。

本发明可以应用于低反力度压气机内部的大尺度分离流动控制，也可应用于叶轮机械附面层非定常振荡吸气及吹气的相关实验中。

附图说明

图1为根据本发明的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置的示例性结构图；

图2为带有支撑套的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置的示例性结构图；

图3为静止圆盘的示例性结构图；

图4为动圆盘的示例性结构图；

图5为本发明装置用于振荡抽吸的气流示意图；

图6为本发明装置用于振荡吹气的气流示意图；

图7为所述静止圆盘、动圆盘、导流罩与气流输送管路的轴线重合时气流分布示意图；

图8为图7的A-A视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一、本发明提供了一种低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，结合图1至图6所示，所述非定常振荡吸吹装置设置在气流输送管路1内，包括：

静止圆盘2、动圆盘3、步进电机4和导流罩5，

静止圆盘2固定在气流输送管路1上，静止圆盘2的一侧表面与动圆盘3连接，另一侧表面设置导流罩5，动圆盘3通过步进电机4的输出轴带动旋转；

如图3所示，静止圆盘2上设置主通气孔2-1，图4所示，动圆盘3上设置辅助通气孔3-1。

本发明作为一种使用于气流输送管路1内的抽吸及吹气装置，所述气流输送管路1可以为现有压气机控制流动的吸/吹气管路。其中静止圆盘2与气流输送管路1内壁之间有间隙，二者可通过辅助支撑结构连接。静止圆盘2与动圆盘3可以紧密贴合在一起，使动圆盘3在旋转的时候，随着两个圆盘上通气孔对应位置的变化，通流面积发生改变，从而实现气流振荡。考虑到管路内来流的均匀性，在气流输送管路1内，气流入口侧设置导流罩5，使气流均匀的流动，再经静止圆盘2和动圆盘3上设置的通气孔流动。

所述静止圆盘2和动圆盘3可以从预设定的半径长度处，开始设置通气孔；也就是说，两个圆盘与导流罩5对应的面积范围内可以不必设置通气孔，而是将通气孔设置在两个圆盘的外环处，而导流罩5的半径不可过大，根据实际使用需要，按通气孔所处位置，以不遮挡为宜。

本发明加装在现有附面层抽吸/吹气技术的管路中，以实现非定常振荡抽吸/吹气，非定常振荡抽吸/吹气方式的引入，可以显著降低流动控制效果对抽吸位置地敏感响应特性。与传统定常抽吸相比，降低损失效果显著。

进一步，结合图3和图4所示，所述主通气孔2-1和辅助通气孔3-1的设置使动圆盘3在相对于静止圆盘2旋转的过程中，通流面积由全开到全闭发生周期性变化。

为使通流面积在动圆盘3旋转的过程中，能够发生周期性变化，需要两个圆盘上的通气孔以一定规律设置，以使二者相对旋转的过程中，通过的气流大小呈周期性变化规律。通流面积的周期性变化，实现了气流输送管路1内空气的振荡，从而达到气流以一个固定频率排气/吸气的效果。一般情况下，通气孔绕相应圆盘的圆心均匀布置即可。

作为示例，结合图3所示，所述主通气孔2-1沿静止圆盘2的径向按圈分布，并且每一圈主通气孔沿圆周方向均匀分布；所述动圆盘3上辅助通气孔3-1的设置形式与主通气孔在静止圆盘上设置形式相同。

也就是说，可以使动圆盘3与静止圆盘2的大小相同，其上设置的主通气孔2-1与辅助通气孔3-1排布形式及大小完全相同，即二者处于某一角度时，所有的通气孔可完全重合。

再进一步，所述主通气孔2-1沿径向由内向外直径逐渐增大，每一圈上相邻主通气孔之间间隔至少为所述相邻主通气孔的直径；其中任一圈上的每个主通气孔沿圆周方向处于相邻圈相应的两个主通气孔中间。

结合图3所示，例如主通气孔2-1可以在静止圆盘2的外环由内向外设置，并形成五个圆圈；其中每个圆圈上的主通气孔2-1沿圆周方向均匀分布。并且由于旋转对圆盘的外围产生的位移大于内环，所以可使主通气孔2-1由内圈至外圈半径逐渐增大。

动圆盘3上的辅助通气孔3-1与静止圆盘2上的主通气孔2-1设置形式可以完全相同。

在通气孔形成的圆圈中，例如最外圈的每个主通气孔2-1均可以设置在第二外圈上相应的两个相邻主通气孔2-1之间位置，有利于形成通流面积的缓慢变化。

作为示例，所述导流罩5为半球形，所述导流罩的半径可以为静止圆盘半径的10～80％。例如，可以选择导流罩的半径为22mm,静止圆盘半径为44mm，此时导流罩的半径为静止圆盘半径的50％。

所述导流罩5也可以为小于半球形的球冠，只要能够均匀引导气流即可。

进一步，给合图7和图8所示，所述静止圆盘、动圆盘、导流罩与气流输送管路的轴线重合。所述轴线重合可以使气流出口截面面积均匀，如图8所示，从而使出口气流压力分布均匀。

作为示例，结合图3所示，所述静止圆盘2通过多个支撑筋板6与气流输送管路1固定连接。通过多个支撑筋板6与气流输送管路1固定，使气流输送管路1与静止圆盘2之间存在间隙。支撑筋板6与气流输送管路1的管壁可通过焊接连接。

本实施方式中，采用支撑筋板6连接在气流输送管路1与静止圆盘2之间，可更好的保证支撑强度。

作为示例，结合图3所示，为了对静止圆盘2形成稳定的支撑，本实施方式可以选择所述支撑筋板为6个。

作为示例，结合图1所示，所述步进电机4的输出轴与动圆盘3通过键7连接。通过键7实现步进电机4的输出轴与动圆盘3之间的连接，具有拆卸方便的优势。

作为示例，结合图1和图2所示，所述吸吹装置还包括支撑套8、轴承座10和支撑架9，

所述步进电机4设置在支撑套8内，支撑套8固定在支撑架9上，支撑套8处于支撑架9与动圆盘3之间，步进电机4通过轴承座10与支撑套固定8。

支撑套8、轴承座10和支撑架9一方面为步进电机4形成了稳定的支撑；另一方面，支撑套8将步进电机4罩在其内腔，也能使步进电机4免受环境影响，确保稳定运行。

本发明的工作过程：驱动步进电机4，使动圆盘3旋转，使静止圆盘2和动圆盘3上的通气孔位置发生相对变化，使得整个管路流场的通流面积发生变化。随着通流面积的规律的变化，管路中稳定的来流发生振荡。可在气流输送管路1上预留出插槽布置动态压力探针11，结合图5和图6所示，以采集气流输送管路1内静压振荡频率。

结合图5，在气流输送管路1出口端放置抽吸装置，提供稳定抽吸气流，当步进电机旋转时入口端的抽吸气流可发生振荡。结合实验可知，当动圆盘3转速达到3000时，动态压力探针11采集频率为826赫兹。实现了非定常振荡抽吸气流。

结合图6所示，在气流输送管路1入口端放置吹气装置，提供稳定吹气气流，当步进电机旋转时出口段的吹气气流可发生振荡。结合实验可知，当动圆盘3转速达到3000时，动态压力探针11采集频率为851赫兹。实现了非定常振荡吹气气流。

综上所述，本发明为了弥补定常流动吸/吹气控制技术的不足而设计，它将非定常流动吸/吹气方法引入分离流动的控制。在通过与附面层内部低能流体的动量交换实现对附面层积极调控的同时，其自身的非定常吸/吹气过程引入的波涡作用能够进一步有效离散大尺度吸力面分离涡并促发离散后的旋涡卷绕、脱落，由此形成了对流场分离结构的进一步调节，可显著提升流动控制的效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，它设置在气流输送管路内，其特征在于包括：

静止圆盘、动圆盘、步进电机和导流罩，

静止圆盘固定在气流输送管路上，静止圆盘的一侧表面与动圆盘连接，另一侧表面设置导流罩，动圆盘通过步进电机的输出轴带动旋转；

静止圆盘上设置主通气孔，动圆盘上设置辅助通气孔。

2.根据权利要求1所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，其特征在于：

所述主通气孔和辅助通气孔的设置使动圆盘在相对于静止圆盘旋转的过程中，通流面积由全开到全闭发生周期性变化。

3.根据权利要求1或2所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，其特征在于：

所述主通气孔沿静止圆盘的径向按圈分布，并且每一圈主通气孔沿圆周方向均匀分布；所述动圆盘上辅助通气孔的设置形式与主通气孔在静止圆盘上设置形式相同。

4.根据权利要求3所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，其特征在于：

所述主通气孔沿径向由内向外直径逐渐增大，每一圈上相邻主通气孔之间间隔至少为所述相邻主通气孔的直径；其中任一圈上的每个主通气孔沿圆周方向处于相邻圈相应的两个主通气孔中间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，其特征在于：所述导流罩为半球形，所述导流罩的半径为静止圆盘半径的10～80％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，其特征在于：

所述静止圆盘、动圆盘、导流罩与气流输送管路的轴线重合。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，其特征在于：所述静止圆盘通过多个支撑筋板与气流输送管路固定连接。

8.根据权利要求7所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，其特征在于：所述支撑筋板为6个。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，其特征在于：

所述步进电机的输出轴与动圆盘通过键连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的低反力度压气机非定常振荡吸吹装置，其特征在于：所述吸吹装置还包括支撑套、轴承座和支撑架，

所述步进电机设置在支撑套内，支撑套固定在支撑架上，支撑套处于支撑架与动圆盘之间，步进电机通过轴承座与支撑套固定。