CN110304159B - 一种用于改变流场驻点位置的调控装置及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于改变流场驻点位置的调控装置及其用途；调控装置包括壳体、两组电磁铁组、橡胶活塞、若干比例电磁铁及若干堵头；壳体顶面开有射流口，侧壁具有至少一个开孔，两组电磁铁组一上、一下相对的固定于壳体内侧壁上，橡胶活塞置于两组电磁铁组之间，由比例电磁铁控制相对应的堵头的伸缩从而控制射流口或开孔的开启大小；通过向两组电磁铁组、比例电磁铁中通入脉冲式电流控制，使得橡胶活塞在上升过程中，射流口打开，开孔关闭，而下降过程中，射流口关闭，开孔打开。最终保证射流口处仅向外“喷气”而不向内“吸气”。本发明结构简单，在射流口处形成的虚拟气动外形可以改变汽车流场中驻点位置，从而有效降低汽车壁面所受压力。
Description
技术领域
本发明属于射流调控技术领域，尤其涉及一种用于改变流场驻点位置的调控装置及其用途。
背景技术
零质量射流技术又称合成射流技术，是现代流体力学中比较热门的一种主动流动控制手段，其在降低飞行器表面阻力、改善飞行器机翼气动特性、抑制噪声、控制流动分离等领域有着广泛的应用前景。合成射流器作为零质量射流的核心设备，根据其激励方式的不同主要分为活塞振动式、声激励式、形状记忆合金作动式、聚偏二氟乙烯膜振动式、压电膜振动式。活塞振动式虽然能够提供较大的射流量但是需要额外的机械传动装置；声激励式需要发声装置且射流量较小；形状记忆合金作动式和聚偏二氟乙烯膜振动式工作周期过长，应用面较窄；压电膜振动式相较于其他激励方式工作频率高、响应速度快等优点是目前应用最为广泛的激励方式。
传统零质量射流过程包含“吸气”和“吐气”过程，在将现有合成射流激励器布置于汽车前端进行表面减阻研究的过程中发现，当合成射流射流器在“吐气”过程中所形成的气动外形有效降低了汽车的表面阻力，但是当合成射流器处于“吸气”过程中时，汽车表面阻力反而增加，这主要是因为在实际“吸气”过程中，激励器并不是“吸入”出口周围的流体而是“吸入”了之前“吐气”形成涡对内的气体，破坏了之前“吐气”所形成的气动外形，从而增加了阻力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于改变流场驻点位置的调控装置及其用途。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于改变流场驻点位置的调控装置，包括壳体、两组电磁铁组、橡胶活塞、若干比例电磁铁及若干堵头；所述的壳体为具有顶面和底面的圆筒状，在顶面开有射流口，底面开有排气口，在壳体侧壁具有至少一个开孔，两组电磁铁组一上、一下相对的固定于壳体内侧壁上，上部的电磁铁组安装高度低于任一开孔，下部的电磁铁组安装于壳体内底部，橡胶活塞置于两组电磁铁组之间，在橡胶活塞上与电磁铁组对应位置设置有衔铁；对于射流口，设置第一比例电磁铁和第一堵头，对于开孔，设置第二比例电磁铁和第二堵头，每个堵头均与对应的比例电磁铁的端部连接，由比例电磁铁控制相对应的堵头的伸缩从而控制射流口或开孔的开启大小。
上述技术方案中，进一步的，所述的两组电磁铁组、及第一、二比例电磁铁均采用脉冲式电流控制，且可保证橡胶活塞在上升过程中，射流口打开，开孔关闭，而在橡胶活塞下降过程中，射流口关闭，开孔打开。
进一步的，所述的橡胶活塞的采用丁基橡胶。
进一步的，每组电磁铁组包括两块电磁铁，对称分布于壳体的同一圆周上，橡胶活塞上设置的衔铁共两块，对称分布于橡胶活塞边缘。或者，每组电磁铁组为一块电磁铁环，环外壁紧贴固定于壳体内壁圆周，橡胶活塞上设置的衔铁呈环状，与橡胶活塞同圆心且环外径小于橡胶活塞直径。上下对称布置的两组电磁铁组可通过对应的衔铁驱动橡胶活塞进行往复运动。
将所述的调控装置安装于汽车前端壁面，对两组电磁铁组、第一、二比例电磁铁均采用脉冲式电流控制，使得橡胶活塞在上升过程中，射流口打开，开孔关闭，而在橡胶活塞下降过程中，射流口关闭，开孔打开，在汽车前端壁面形成虚拟气动外形。
此外，还可在汽车前端壁面上阵列分布有多个所述的调控装置。
本发明具有结构简单、效率高、密封性好、反应速率快、易于控制等优点，具体表现为：1、本发明解决了传统合成射流激励器在“吐气”过程中汽车表面压力增加的问题。2、本发明采用电磁驱动，无需额外机械传动装置、工作电压小、电磁驱动力大。3、本发明采用脉冲电源控制电磁铁的通断电，无需额外的机械行程开关，响应速度快。4、本发明射流口的开口大小可以根据实际工况利用比例电磁铁反馈调节。5、本发明适用范围广且可以多组阵列式布置于汽车表面进行减阻降噪。
附图说明
图1为本发明一种用于改变流场驻点位置的调控装置的结构示意图；
图2为本发明中壳体的一种结构示意图；
图3为本发明中橡胶活塞与衔铁的一种位置关系示意图；
图4为本发明中改变汽车前端壁面流场驻点位置的示意图；
图5为本发明中汽车前端壁面调控装置阵列的一种结构示意图；
图中，1、射流口；2、第一比例电磁铁；3、第二堵头；4、第一电磁铁A；5、衔铁A；6、第二电磁铁A；7、排气口；8、第二电磁铁B；9、橡胶活塞；10、衔铁B；11、第一电磁铁B；12、开孔；13、第二比例电磁铁；14、第一堵头；15、壳体；16、自由来流；17、虚拟外壁；18、虚拟气动外形；19、汽车；20、调控装置；21、汽车前壁面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明一种用于改变流场驻点位置的调控装置的结构示意图，所述调控装置主要包括：第一比例电磁铁2、第二堵头3、第一电磁铁A 4、衔铁A 5、第二电磁铁A6、第二电磁铁B 8、橡胶活塞9、衔铁B 10、第二电磁铁B 11、第二比例电磁铁13、第一堵头14、壳体15。
如图2所示，所述的壳体15为具有顶面和底面的圆筒状，在顶面开有射流口1，在壳体15侧壁具有至少一个开孔12，图2所示实例中仅设有一个开孔12。为了保证壳体15内气压平衡，所述壳体排气口15的底面还开有排气口7。
第一电磁铁A、B为第一电磁铁组，第二电磁铁A、B为第二电磁铁组，每组中含两块电磁铁，两块电磁铁A、B对称设置于壳体15的同一圆周上，两组电磁铁组上下对称设置，第一电磁铁A、B高度低于开孔12的高度，橡胶活塞9置于两组电磁铁组之间，在橡胶活塞9上与电磁铁组对应位置设置有两块衔铁A、B；两组电磁铁组通过橡胶活塞中设置的衔铁驱动橡胶活塞进行上下往复运动；本实例中的电磁铁组和衔铁的结构与分布仅为一种可能的情形。
对于射流口1，设置第一比例电磁铁2和第一堵头14，对于开孔12，设置第二比例电磁铁13和第二堵头3，每个堵头均与对应的比例电磁铁的端部连接，由比例电磁铁控制相对应的堵头的伸缩从而控制射流口1或开孔12的开启大小。
当第一电磁铁组和第二比例电磁铁13处于通电状态时，开孔12关闭，衔铁A 5和衔铁B 10在磁力的作用下带动橡胶活塞9向上运动，由于接入的是脉冲电源，所以当一个通电周期完成后第一电磁铁A 4、B 11和第二比例电磁铁13自动断电，同时使第二电磁铁组和第一比例电磁铁2处于通电状态，橡胶活塞9在磁力的作用下向下运动，射流口1关闭，开孔12打开。如此循环往复，保证射流口1处一直处于“喷气”状态。而“吸气”通过设于壳体侧壁的开孔12来实现。
所述的壳体15内上下对称布置第一电磁铁组和第二电磁铁组，驱动橡胶活塞9上下运动。所述的射流口1和开孔12的开关以及开口大小分别通过布置比例电磁铁2和13进行调节，在工作中通过比例电磁铁反馈的位移数据可以计算出射流口1开口面积S从而计算出橡胶活塞9在通电上升周期T内喷出气体体积流量Q和射流口1处的出口速度V：
其中T为一个通电周期，R为壳体15内圈半径，H为橡胶活塞9一个通电周期T内上升的高度，S为射流口1开口面积。
如图3所示，为本发明中橡胶活塞与衔铁的一种位置关系示意图，所述橡胶活塞9的材料可以采用丁基橡胶。所述橡胶活塞9内沿圆周方向对称布置衔铁A 5和衔铁B 10。
如图4所示，为本发明改变流场驻点位置示意图，由流体力学可知:流体绕流物体迎流方向速度为零的点即为驻点，因此若不加调控装置20，自由来流16碰到汽车19前壁面21时，速度为零，此时驻点位置在汽车前壁面21上。若增加调控装置20，调控装置20所形成的虚拟气动外形18会将汽车前壁面21“前移”形成虚拟汽车外壁17，此时自由来流16碰到虚拟外壁17，速度减小为零即驻点位置在虚拟外壁17上。根据伯努利原理，速度越小，压力越大，因此驻点位置前移还有助于减小汽车壁面压力。一次喷气后所形成的虚拟气动外形会持续一段时间后才消散(该时间可以通过数值模拟的方法来获得)，只要在这段时间内，调控装置完成“吸气”的过程(即通过开孔12吸入气体)并继续转换为从射流口1向外“喷气”，就可以保证汽车前壁面始终具有虚拟气动外形。
如图5所示，为本发明的调控装置阵列示意图，所述的调控装置可以横向和纵向或者交叉多组布置于汽车前端壁面。
Claims (6)
1.一种用于改变流场驻点位置的调控装置，其特征在于,包括壳体（15）、两组电磁铁组、橡胶活塞（9）、若干比例电磁铁及若干堵头；所述的壳体（15）为具有顶面和底面的圆筒状，在顶面开有射流口（1），底面开有排气口（7），在壳体（15）侧壁具有至少一个开孔（12），两组电磁铁组一上、一下相对的固定于壳体内侧壁上，上部的电磁铁组安装高度低于任一开孔（12），下部的电磁铁组安装于壳体内底部，橡胶活塞（9）置于两组电磁铁组之间，在橡胶活塞（9）上与电磁铁组对应位置设置有衔铁；对于射流口（1），设置第一比例电磁铁（2）和第一堵头（14），对于开孔（12），设置第二比例电磁铁（13）和第二堵头（3），每个堵头均与对应的比例电磁铁的端部连接，由比例电磁铁控制相对应的堵头的伸缩从而控制射流口（1）或开孔（12）的开启大小；
所述的两组电磁铁组、及第一、二比例电磁铁均采用脉冲式电流控制，且可保证橡胶活塞（9）在上升过程中，射流口（1）打开，开孔（12）关闭，而在橡胶活塞（9）下降过程中，射流口（1）关闭，开孔（12）打开。
2.根据权利要求1所述的用于改变流场驻点位置的调控装置，其特征在于, 所述的橡胶活塞（9）采用丁基橡胶。
3.根据权利要求1所述的用于改变流场驻点位置的调控装置，其特征在于，每组电磁铁组包括两块电磁铁，对称分布于壳体的同一圆周上，橡胶活塞上设置的衔铁共两块，对称分布于橡胶活塞边缘。
4.根据权利要求1所述的用于改变流场驻点位置的调控装置，其特征在于，每组电磁铁组为一块电磁铁环，环外壁紧贴固定于壳体内壁圆周，橡胶活塞上设置的衔铁呈环状，与橡胶活塞同圆心且环外径小于橡胶活塞直径。
5.一种如权利要求1所述的用于改变流场驻点位置的调控装置的用途，其特征在于，将所述的调控装置安装于汽车前端壁面，对两组电磁铁组、第一、二比例电磁铁均采用脉冲式电流控制，使得橡胶活塞（9）在上升过程中，射流口（1）打开，开孔（12）关闭，而在橡胶活塞（9）下降过程中，射流口（1）关闭，开孔（12）打开，在汽车前端壁面形成虚拟气动外形。
6.根据权利要求5所述的用于改变流场驻点位置的调控装置的用途，其特征在于，在汽车前端壁面上阵列分布有多个所述的调控装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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