CN109850127A - 用于提供所需的流体流的半有源系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于提供所需的流体流的半有源系统(1)，该系统包括出口(26)、排气通道(23)、装置(30)以及管道(10)，该出口(26)构造成朝向位于半有源系统的外部的外部流体流(13)的主流动方向伸出，该排气通道(23)相对于外部流体流的主流动方向设置在出口(26)的下方，排气通道构造成将排气流体流(11)注入到外部流体流中，该装置(30)构造成产生喷射流体流(12)，该管道(10)设置在排气通道内，管道构造成流体连通地联接至装置，并且通过所产生的喷射流体流带动排气流体流。

Description

用于提供所需的流体流的半有源系统

技术领域

本公开总体上涉及流体的抽吸，例如在空气动力学的情况下的流体的抽吸。特别地，本公开涉及一种用于提供所需的流体流的半有源系统。

背景技术

本公开涉及流体的抽吸，特别是在混合层流控制(HLFC)的情况下的流体的抽吸。

在由无源装置驱动空气动力抽吸时出现问题。因此，简单的无源驱动解决方案可能无法产生所需的流体流。

本发明人发现，例如由于对可靠性、能量消耗、系统复杂性等的要求，有源系统也不是一种选择方案。相反地，根据本发明人，由于喷射泵或喷射器的应用将有助于驱动流体流，所以半有源系统为适合的折衷方案。

发明内容

因此，需要一种避免以上所论述的问题中的一者或更多者或者其他相关问题的实施方案。

本公开旨在以下目标：

·喷射泵的应用可以支持流驱动，并且因此为用于该系统的理想解决方案。

·对于无源驱动的抽吸系统，必须在由无源系统引起的空气动力阻力的限制与通过该系统获得的质量/流体流之间找到折衷方案。

另外，本公开能够实现以下优点：

·通过借助HLFC应用的燃料节约，可望获得高的经济效益。通过喷射泵的这种抽吸驱动/空气支持在节能方面具有优点：通过常规泵的空气驱动的系统比由喷射泵(部分地)驱动的系统需要更多(电)能量。

·出口设计更小，并且因此，空气动力阻力更小。

·通过出口的质量/流体流更高(与具有相同尺寸的出口相比)，并且因此，所述出口的性能更高。

·在系统故障时对HLFC性能的影响小(无需冗余：当喷射泵系统故障时，HLFC的性能可能会降低，但HLFC的效益并未完全丧失)。

·与安装有源系统的情况相比，系统的重量更轻(由于无需冗余)。

·与有源系统相比，用于喷射泵系统的能量需求更低。

·最近的应用示例为在项目A350XWB VTP HLFC中应用的混合层流控制(HLFC)。

在第一方面，提供了一种用于提供所需的流体流的半有源系统，该系统包括：构造成朝向位于半有源系统的外部的外部流体流的主流动方向伸出口；相对于外部流体流的主流动方向设置在出口的下方的排气通道，所述排气通道构造成将排气流体流注入到外部流体流中；构造成产生喷射流体流的装置以及设置在排气通道内的管道，所述管道构造成流体连通地联接至装置，并且通过所产生的喷射流体流带动排气流体流。

在第一方面的第一改进中，出口可以为混合层流控制HLFC出口。另外或替代性地，该装置可以为喷射泵和喷射器中的一者。

在第一方面的第二改进中，出口还可以包括出口挡板，该出口挡板具有下端部和伸出到外部流体流中的伸出端部，其中，伸出端部相对于外部流体流的主流动方向位于下端部的下游。在这种情况下，出口挡板可以具有以下几何形状设计中的至少一者：圆形、椭圆形、矩形、三角形和弧曲形。

进一步地，关于第一方面的第二改进，管道的一个端部可以连接至装置，并且管道的另一敞开的端部布置在排气通道中并且在下端部与伸出端部之间位于出口的下方。如果是这样，则管道可以在管道的敞开的端部处包括具有用于所产生的喷射流体流的流出区域的至少一个排气口。在后一种情况下，排气口的流出区域具有以下形状中的一种形状：多边形、矩形、三角形、圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、平行四边形和人字形。

作为关于第一方面的第二改进的替代方案，出口挡板沿出口挡板的与外部流体流的主流动方向基本上平行的侧部可以具有敞开部分。

进一步地，关于第一方面的第二改进和该替代方案，出口挡板可以具有以下尺寸：230mm的长度(L)，该长度限定在与外部流体流的主流动方向平行的方向上，以及300mm或600mm的宽度(W)，该宽度限定在与外部流体流的主流动方向垂直的方向上。

在第一方面的第三改进中，所产生的喷射流体流的源可以为专用源和副产物源中的一者。在所产生的喷射流体流的源是专用源的情况下，专用源可以为有源泵和压力罐储存的空气中的至少一者。另外或替代性地，在所产生的喷射流体流的源是副产物源的情况下，副产物源可以为排放空气(bleed air)和排气舱的空气中的至少一者。

在第二方面，提供了一种飞行器，其包括第一方面的半有源系统，其中，半有源系统为以下飞行器部件中的至少一者的一部分：机翼、机腹整流罩、机身、垂直尾翼(VTP)和水平尾翼(HTP)。如此，当半有源系统为VTP的一部分时，出口可以定位在以下位置中的一者或更多者处：内部跨接VTP位置、中间跨接VTP位置、外部VTP位置和VTP稍部位置。

附图说明

在下文中参照附图对本文中所描述的技术的实施方式进行描述，其中：

图1A示出了根据本公开的装置的一般示例性布置的示意图；

图1B示出了示出装置的应用位置和抽吸区域的示意图；

图2示出了根据本公开的第一实施方式的装置的概况图；

图3示出了能够用作排气口的排气区域的形式/形状的示例；

图4示出了根据本公开的涉及第一使用情况的第一实施方式的装置的概况图；

图5示出了根据本公开的第二实施方式的装置的概况图；以及

图6示出了根据第一实施方式和第二实施方式的装置的物理尺寸。

具体实施方式

在以下描述中，出于解释和非限制性的目的，对具体细节进行了阐述以提供对本文中所描述的技术的透彻理解。对于本领域技术人员而言将明显的是，本技术可以在脱离这些具体细节的其他实施方式中进行实践。

此外，本领域技术人员可以理解的是，本文中所解释的服务、功能和步骤可以使用结合编程微处理器起作用的软件来实现，或者使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或通用计算机来实现。还可以理解的是，虽然在方法和装置的情况下对以下实施方式进行了描述，但是本文中所描述的技术还可以体现在计算机程序产品以及包括计算机处理器和联接至处理器的存储器的系统中，其中，存储器用执行本文中所公开的服务、功能和步骤的一个或更多个程序进行编码。这特别适用于对待产生的喷射流体流的量进行(适应性地)控制的方面。

图1A示出了根据本公开的装置的一般示例性布置的示意图。例如，该装置可以为在HLFC出口处工作的喷射泵。

图1A示出了用于提供所需的流体流的半有源系统1。该系统包括出口26，该出口26构造成朝向位于半有源系统外部的外部流体流13的主流动方向伸出。该出口还可以包括出口挡板20，该出口挡板20具有下端部21和伸出到外部流体流中的伸出端部22，其中，伸出端部相对于外部流体流13的主流动方向位于下端部的下游。

半有源系统1还包括排气通道23，该排气通道23相对于外部流体流13的主流动方向设置在出口26的下方。排气通道23还构造成将排气流体流11注入外部流体流13中。如关于图1B将进一步详细描述的，排气流体流11优选地由联接的抽吸区域40供给。

此外，出口26可以为HLFC出口。因此，这种系统1可以应用在通常安装有HLFC出口的任意飞行器部件(例如机翼、机腹整流罩、机身、VTP(垂直尾翼)和/或HTP(水平尾翼)处。

该(半有源)系统还包括构造成产生喷射流体流12的装置30。在这方面，存在喷射泵介质的不同可能的来源，即喷射泵可以以多种方式进行驱动。例如，所产生的喷射流体流的源30可以为专用源或副产物源。专用源可以为例如有源泵(其可以是电力驱动的)或压力罐储存的空气。以这种方式，喷射流体流的源的成本可以保持较低。

此外，副产物源可以为排放的空气(例如来自飞行器的发动机)或排气舱的空气。以这种方式，可以对例如飞行器中已经存在的废气进行能量节约式再利用。

也就是说，该装置可以为喷射泵或喷射器。考虑到例如在VTP处的示例性HLFC的应用，任意空气出口位置(比如内部/中间/外部VTP位置或VTP稍部位置)都可以与喷射泵结合使用。

该系统还包括设置在排气通道23内的管道10，该管道10构造成流体连通地联接至装置30，并且通过所产生的喷射流体流12带动排气流体流11。

总之，毫无偏见地，这种喷射泵的原理已经是公知的。然而，之前并没有考虑过将喷射泵(或通过喷射泵的支持)通过表面应用于空气抽吸以提供所需的流体流。

图1B示出了示出装置的应用位置和抽吸区域的示意图。图1B为示出所研究的无源驱动的HLFC的VTP空气出口位置的简化图。

如图1B中示出的，该(或每个)半有源系统1可以包括(或可以增加)至少一个(相应的)抽吸区域40(设置在例如飞行器的机翼上；这不排除在其他飞行器部件上的设置)。这种抽吸区域40的主要目的是提供排气流体流11(然后通过所产生的喷射流体流12带动排气流体流11)。为此，抽吸区域40可以流体连通地联接至排气通道23。优选地，所述至少一个抽吸区域40设置成相对于其联接的排气通道23偏置，这意味着至少一个抽吸区域40及其联接的排气通道23没有设置在与外部流体流13的主流动方向平行的相同的轴线上。

在图1B中，所述至少一个抽吸区域40可以设置在机翼的前缘处(从外部流体流13的主流动方向观察)。这意味着所述至少一个抽吸区域40可以设置在从机翼上的前缘观察的0％至100％(即，整个所称的弦长)处，优选地设置在0％至90％处(每个范围在机翼的前缘与后缘之间计算)。

特别地，提供了一种飞行器，其可以包括上述的半有源系统1，其中，半有源系统1为以下飞行器部件中的至少一者的一部分：机翼、机腹整流罩、机身、垂直尾翼(VTP)和水平尾翼(HTP)。

值得注意的是，所述至少一个抽吸区域40也可以设置在上述飞行器部件中的至少一者上(如上所述的机翼、以及机腹整流罩、机身、VTP和/或HTP)。

特别地，如图1B中示出的，当半有源系统为VTP的一部分时，出口可以定位在以下位置中的一者或更多者处：内部跨接VTP位置、中间跨接VTP位置、外部VTP位置和VTP稍部位置。

图2示出了根据本公开的第一实施方式的装置的概况图。例如，该装置可以为在HLFC出口处工作的喷射泵。图3又示出了能够用作排气口的排气区域的形式/形状的示例。

如图2中示出的，管道10的一个端部可以连接至装置30，并且另一敞开的端部布置在排气通道23中并且在下端部21与伸出端部22之间位于出口26的下方。在这方面，管道10在其敞开的端部处可以包括至少一个排气口231，该排气口231具有用于所产生的喷射流体流12的流出区域。此处，每个出口的喷射泵排气口231的数量可以是任意的(从一个至任意数量)。

关于排气口231在x方向(即，该x方向限定在出口26的表面内的纵向方向上；该方向可以i)与外部流体流13的主流动方向基本上垂直，以及ii)与系统1所在的表面的主平面基本上平行)上的位置，本领域技术人员将能够以最大质量流效益作为最优性标准来解决与该位置有关的优化问题。

同样地，排气口231的尺寸可以为自身参数或上文限定的优化问题的另一参数。

此外，如图3中示出的，排气口的流出区域可以具有以下形状中的一者：多边形231i、矩形231a、231b、231k、231l、三角形23lf、231g、圆形231d、半圆形231e、椭圆形231c、231j、半椭圆形、平行四边形231h和人字形。也就是说，喷射泵排气口/出口231的布局可以为任意几何形状设计，无论什么均可以(例如圆形、椭圆形、矩形、三角形、弧曲形(rounded)形状或这些形状的任意组合)。排气口231的轮廓也可以为人字形或类似的形状。

图4示出了根据本公开的涉及第一使用情况的第一实施方式的装置的概况图。在这方面，出口挡板20本身可以具有以下几何形状设计中的至少一者：圆形、椭圆形、矩形、三角形和弧曲形。

也就是说，系统1可以具有任意无源驱动的出口设计，比如挡板出口(参见图4的左侧部分)或“弧曲形”出口(参见图4的右侧部分)。

图5示出了根据本公开的第二实施方式的装置的概况图。

如图2、图4和图5中的左侧部分示出的，出口挡板可以是闭合的。替代性地，如图5中的右侧部分示出的，出口挡板20可以沿出口挡板的与外部流体流13的主流动方向基本上平行的侧部具有敞开部分24。

也就是说，系统应用在不同设计的出口挡板20处是可能的。因此，喷射泵安装在具有或不具有侧壁的任意无源驱动的出口处是可能的。

图6示出了根据第一实施方式和第二实施方式的装置的物理尺寸。也就是说，出口挡板20可以具有以下尺寸：230mm的长度L，该长度限定在与外部流体流13的主流动方向平行的方向上，以及300mm或600mm的宽度W，该宽度限定在与外部流体流13的主流动方向垂直的方向上。

可以相信，根据前述描述中将充分理解本文中所描述的技术的优点，并且将明显的是，在不脱离本公开的范围或不牺牲本公开的所有有益效果的情况下，可以对本公开的示例性方面的形式、构造和布置进行各种改变。由于本文中所描述的技术可以以多种方式变化，因而可以认识到本公开应当仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (15)

1.一种用于提供所需的流体流的半有源系统(1)，所述系统包括：

出口(26)，所述出口(26)构造成朝向位于所述半有源系统外部的外部流体流(13)的主流动方向伸出；

排气通道(23)，所述排气通道(23)相对于所述外部流体流的所述主流动方向设置在所述出口(26)的下方，所述排气通道构造成将排气流体流(11)注入到所述外部流体流中；

装置(30)，所述装置(30)构造成产生喷射流体流(12)；以及

管道(10)，所述管道(10)设置在所述排气通道内，所述管道构造成：

-流体连通地联接至所述装置，并且

-通过所产生的喷射流体流带动所述排气流体流。

2.根据权利要求1所述的半有源系统，其中：

所述出口为混合层流控制HLFC的出口。

3.根据权利要求1所述的半有源系统，其中：

所述装置为喷射泵和喷射器中的一者。

4.根据权利要求3所述的半有源系统，其中，所述出口还包括出口挡板(20)，所述出口挡板(20)具有下端部(21)和伸出到所述外部流体流中的伸出端部(22)，其中，所述伸出端部相对于所述外部流体流的主流动方向位于所述下端部的下游。

5.根据权利要求4所述的半有源系统，其中，所述出口挡板具有以下几何形状设计中的至少一种几何形状设计：

-圆形，

-椭圆形，

-长方形，

-三角形，以及

-弧曲形。

6.根据权利要求4所述的半有源系统，其中，

所述管道的一个端部连接至所述装置，并且

所述管道的敞开的另一端部布置在所述排气通道中并且在所述下端部与所述伸出端部之间位于所述出口的下方。

7.根据权利要求6所述的半有源系统，其中，所述管道在所述管道的敞开的端部处包括：

具有用于所产生的喷射流体流的流出区域的至少一个排气口(231、231a、231b、231c、231d、231e、231f、231g、231h、231i、231j、231k、231l)。

8.根据权利要求7所述的半有源系统，其中，所述排气口的所述流出区域具有以下形状中的一种形状：

-多边形，

-长方形，

-三角形，

-圆形，

-半圆形，

-椭圆形，

-半椭圆形，

-平行四边形，以及

-人字形。

9.根据权利要求4所述的半有源系统，其中，所述出口挡板沿所述出口挡板的与所述外部流体流的主流动方向基本上平行的侧部具有敞开部分(24)。

10.根据权利要求4至9中的任一项所述的半有源系统，其中，所述出口挡板具有以下尺寸：

230mm的长度(L)，所述长度限定在与所述外部流体流的主流动方向平行的方向上；和

300mm或600mm的宽度(W)，所述宽度限定在与所述外部流体流的主流动方向垂直的方向上。

11.根据权利要求1至9中的任一项所述的半有源系统，其中，所产生的喷射流体流的源为专用源和副产物源中的一者。

12.根据权利要求11所述的半有源系统，其中，所述专用源为以下中的至少一者：

-有源泵；和

-压力罐储存的空气。

13.根据权利要求11所述的半有源系统，其中，所述副产物源为以下中的至少一者：

-排放的空气；和

-排气舱的空气。

14.一种飞行器，包括：

根据前述权利要求中的任一项所述的半有源系统，

其中，所述半有源系统为以下飞行器部件中的至少一者的一部分：

-机翼，

-机腹整流罩，

-机身，

-垂直尾翼，即VTP，以及

-水平尾翼，即HTP。

15.根据权利要求14所述的飞行器，其中，当所述半有源系统为所述VTP的一部分时，所述出口定位在以下位置中的一者或更多者处：

-内部跨接VTP位置，

-中间跨接VTP位置，

-外部VTP位置，以及

-VTP稍部位置。