CN111516891B - 一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器 - Google Patents

一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,所述激励器内部设置引射机构和振荡射流机构;所述引射机构包括气源接口、压力腔、吸气单元、引射喷嘴和混合腔;所述气源接口、压力腔、引射喷嘴和混合腔依次连通;所述吸气单元一端与混合腔连通,另一端与外部连通;所述振荡射流机构包括振荡器入口、振荡腔、反馈回路和喷口;所述振荡器入口一端与混合腔连通,另一端同时连通振荡腔和反馈回路;所述振荡腔将反馈回路分割成上反馈回路和下反馈回路;所述喷口处设置分流机构将喷口分割成第一喷口和第二喷口。采用本发明的一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,能够同时实现定常吸气和振荡吹气功能。

Description

一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器
技术领域
本发明涉及一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,属于流动控制技术领域。
背景技术
主动流动控制通过局部输入少量能量就能获得局部或全局的有效流动改变,是当前空气动力学热门的研究领域,尤其是应用空气动力学发展的新增长点。在飞行器增升减阻、噪声抑制、操纵能力增强、气动力/热环境改善、进气道性能优化、发动机燃烧效率提升等方面,具有广泛而重要的应用前景。主动流动控制技术的快速发展带来全新的飞机设计思想和设计方法,对飞行器气动性能的提高产生巨大而深远的影响,国内外有关专家认为,主动流动控制技术是21世纪最有发展潜力的航空前沿技术之一。
激励器是主动流动控制技术发展的核心问题之一,其工作性能对控制效果和控制效率起决定性作用。随着飞行器技术的高速发展,主动流动控制技术对激励器的设计和应用提出了新的要求。流动控制激励器不仅需要具有“强壮”、可靠性好、动量高、频域宽、能耗低、响应快、环境适应性强的工作性能,还要具有易于小型化和易于集成的结构特性。
柯恩达效应是指流体(水流或气流)有偏离原本流动方向,改为随着凸出的物体表面流动的倾向,当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时(也可以说是流体粘性),只要曲率不大,流体就会顺着该物体表面流动。
发明内容
本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题,提供一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,本发明能够同时实现定常吸气和振荡吹气功能。
本发明采用的技术方案如下:
一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,包括所述激励器内部设置引射机构和振荡射流机构;
所述引射机构包括气源接口、压力腔、吸气单元、引射喷嘴和混合腔;
所述气源接口、压力腔、引射喷嘴和混合腔依次连通;
所述吸气单元一端与混合腔连通,另一端与外部连通;
所述振荡射流机构包括振荡器入口、振荡腔、反馈回路和喷口;
所述振荡器入口一端与混合腔连通,另一端同时连通振荡腔和反馈回路;
所述振荡腔将反馈回路分割成上反馈回路和下反馈回路,振荡腔的前部为由窄变宽的扩张结构,振荡腔的后部为由宽变窄的收缩结构;
所述喷口与振荡腔后端连通,喷口处设置分流机构将喷口分割成第一喷口和第二喷口。
在本发明中,气源通过压力调制器和流量计连通气源接口,向激励器提供高压引射气流,经过压力腔从引射喷嘴高速喷出进入混合腔,并在混合腔周围产生低压区,从而将激励器外部的气体通过吸气单元吸进混合腔(实现定常吸气)与引射气流混合,并从振荡器入口进入振荡腔;由于入口处振荡腔与反馈回路在振荡腔入口处形成凸出部,基于柯恩达效应气流会沿振荡腔上固壁(或者振荡腔下固壁)流动,气流在振荡腔后部沿收缩的曲壁继续向出口流动,压强增大,少部分气流进入上反馈回路(或者下反馈回路),大部分气流沿第二喷口(或者第一喷口)喷出;进入上反馈回路(或者下反馈回路)的反馈气流流动到振荡腔入口处,将振荡器入口处流出的气流推向振荡腔下固壁(或者振荡腔上固壁),气流在振荡腔后部继续流动,少部分气流进入下反馈回路(或者上反馈回路),大部分气流沿第一喷口(或者第二喷口)喷出,如此形成循环,实现定常吸气和振荡吹气。
作为优选,所述引射喷嘴为由宽变窄收缩后又由窄变宽向外扩张的结构。
在上述方案中,通过设置如此引射喷嘴,气流经过收缩区可以达到音速,然后通过扩张区后可以产生超音速的气流。从而能够提供超音速的气流。
作为优选,所述吸气单元为两个,对称分布于混合腔两侧,进一步的所述吸气单元位于靠近气源接口一侧。
在上述方案中,通过如此设置使得吸入的气体更加的均衡。
作为优选,所述吸气单元具有一端开放的圆形出口。
在上述方案中,吸气单元一端封闭,另一端具有开放的出口,可以通过管道与外部控制面敏感处连接,实现吸气控制。
作为优选,所述混合腔的前部呈喇叭状,混合腔的后部呈方形。
在上述方案中,从吸气单元吸入的气流可以更平顺的来到引射喷嘴前端与引射气流混合,并经过混合后进入振荡射流机构。
作为优选,所述振荡器入口为由宽变窄的收缩结构。
作为优选,所述振荡腔的入口宽度不小于振荡器入口的末端宽度。
在上述方案中,振荡腔的入口宽度不小于振荡器入口的末端宽度,通过这样才能使混合气体能够不被阻挡全部进入振荡腔。
作为优选,所述反馈回路的转角处设置圆弧倒角。
在上述方案中,设置圆弧倒角有利于气流转弯。
作为优选,所述喷口为由窄变宽的扩张结构。
作为优选,所述喷口的扩张幅度与振荡腔后部的收缩幅度相当。
作为优选,所述分流机构为楔形结构。
在上述方案中,通过如此设置,使得第一喷口与振荡腔后部的下端相对,第二喷口与振荡腔后部的上端相对,使得气流能够平顺的从喷口喷出。
作为优选,所述振荡腔、振荡器入口、混合腔、引射喷嘴和压力腔同轴线。在上述方案中,同轴线使得气流从入口到出口平顺进出。
本发明的一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,通过接入高压引射气流使得混合腔产生低压区,使得从吸气单元定常吸气与引射气流混合;通过振荡腔入口设置扩张结构在入口形成凸出部,基于柯恩达效应实现气流沿振荡腔固壁流动,振荡腔后部设置收缩结构使得气流发生分离,大部分气流从喷口喷出,上部分气流从反馈回路回到振荡器入口处,将气流推向振荡腔另一端固壁,如此循环实现振荡吹气。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、结构简单,无须运动部件即可实现定常吸气和振荡吹气;
2、尺寸扩展性强、频率和动量带宽高、安全可靠、经济耐用;
3、在给定的进口压力下可以有效增加流量,从而增强流动控制效果和提升控制效率。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1是一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器结构示意图;
图2是一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器主视图;
图3是一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器外形图;
图4是一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器向下振荡吹气过程;
图5是一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器向上振荡吹气过程。
图中标记:1-气源接口、2-压力腔、3-吸气单元、4-引射喷嘴、5-混合腔、6-振荡器入口、7-反馈回路、71-上反馈回路、72-下反馈回路、8-振荡腔、9-喷口、91-第一喷口、92-第二喷口、10-分流机构。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示,本实施例的一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,包括所述激励器内部设置引射机构和振荡射流机构;
所述引射机构包括气源接口1、压力腔2、吸气单元3、引射喷嘴4和混合腔5;
所述气源接口1、压力腔2、引射喷嘴4和混合腔5依次连通;
所述吸气单元3一端与混合腔5连通,另一端与外部连通;
所述振荡射流机构包括振荡器入口6、振荡腔8、反馈回路7和喷口9;
所述振荡器入口6一端与混合腔5连通,另一端同时连通振荡腔8和反馈回路7;
所述振荡腔8将反馈回路7分割成上反馈回路71和下反馈回路72,振荡腔8的前部为由窄变宽的扩张结构,振荡腔8的后部为由宽变窄的收缩结构;
所述喷口9与振荡腔8后端连通,喷口9处设置分流机构10将喷口9分割成第一喷口91和第二喷口92。
作为优选,所述引射喷嘴4为由宽变窄收缩后又由窄变宽向外扩张的结构,气流经过收缩区可以达到音速,然后通过扩张区后可以产生超音速的气流。
作为优选,所述吸气单元3为两个,对称分布于混合腔5两侧,进一步的所述吸气单元3位于靠近气源接口1一侧,使得吸入的气体更加的均衡。
作为优选,所述吸气单元3具有一端开放的圆形出口,吸气单元3一端封闭,另一端具有开放的出口,可以通过管道与外部控制面敏感处连接,实现吸气控制。
作为优选,所述混合腔5的前部呈喇叭状,混合腔5的后部呈方形,从吸气单元3吸入的气流可以更平顺的来到引射喷嘴4前端与引射气流混合,并经过混合后进入振荡射流机构。
作为优选,所述振荡器入口6为由宽变窄的收缩结构。
作为优选,所述振荡腔8的入口宽度不小于振荡器入口6的末端宽度,使混合气体能够不被阻挡全部进入振荡腔8。
作为优选,所述反馈回路7的转角处设置圆弧倒角,有利于气流转弯。
作为优选,所述喷口9为由窄变宽的扩张结构,所述喷口9的扩张幅度与振荡腔8后部的收缩幅度相当,所述分流机构10为楔形结构,使得第一喷口91与振荡腔8后部的下端相对,第二喷口92与振荡腔8后部的上端相对,使得气流能够平顺的从喷口9喷出。
作为优选,所述振荡腔8、振荡器入口6、混合腔5、引射喷嘴4和压力腔2同轴线。在上述方案中,同轴线使得气流从入口到出口平顺进出。
在实施例中,气源通过压力调制器和流量计连通气源接口1,向激励器提供高压引射气流,经过压力腔2从引射喷嘴4高速喷出进入混合腔5,并在混合腔5周围产生低压区,从而将激励器外部的气体通过吸气单元3吸进混合腔5与引射气流混合,并从振荡器入口6进入振荡腔8;由于入口处振荡腔8与反馈回路7在振荡腔8入口处形成凸出部,基于柯恩达效应气流会沿振荡腔8上固壁(或者振荡腔8下固壁)流动,气流在振荡腔8后部沿收缩的曲壁继续向出口流动,压强增大,少部分气流进入上反馈回路71(或者下反馈回路72),大部分气流沿第二喷口92(或者第一喷口91)喷出;进入上反馈回路71(或者下反馈回路72)的反馈气流流动到振荡腔8入口处,将振荡器入口6处流出的气流推向振荡腔8下固壁(或者振荡腔8上固壁),气流在振荡腔8后部继续流动,少部分气流进入下反馈回路72(或者上反馈回路71),大部分气流沿第一喷口91(或者第二喷口92)喷出,如此形成循环,实现定常吸气和振荡吹气。
综上所述,采用本发明的一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,结构简单,无须运动部件即可实现定常吸气和振荡吹气;尺寸扩展性强、频率和动量带宽高、安全可靠、经济耐用;在给定的进口压力下可以有效增加流量,从而增强流动控制效果和提升控制效率。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,其特征在于:所述激励器内部设置引射机构和振荡射流机构;
所述引射机构包括气源接口(1)、压力腔(2)、吸气单元(3)、引射喷嘴(4)和混合腔(5);
所述气源接口(1)、压力腔(2)、引射喷嘴(4)和混合腔(5)依次连通;
所述吸气单元(3)一端与混合腔(5)连通,另一端与外部连通;
所述振荡射流机构包括振荡器入口(6)、振荡腔(8)、反馈回路(7)和喷口(9);
所述振荡器入口(6)一端与混合腔(5)连通,另一端同时连通振荡腔(8)和反馈回路(7);
所述振荡腔(8)将反馈回路(7)分割成上反馈回路(71)和下反馈回路(72),振荡腔(8)的前部为由窄变宽的扩张结构,振荡腔(8)的后部为由宽变窄的收缩结构;
所述喷口(9)与振荡腔(8)后端连通,喷口(9)处设置分流机构(10)将喷口(9)分割成第一喷口(91)和第二喷口(92);所述分流机构(10)为楔形结构,第一喷口(91)与振荡腔(8)后部的下端相对,第二喷口(92)与振荡腔(8)后部的上端相对,使得气流能够平顺的从喷口(9)喷出。
2.如权利要求1所述的可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,其特征在于:所述引射喷嘴(4)为由宽变窄收缩后又由窄变宽向外扩张的结构。
3.如权利要求1所述的可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,其特征在于:所述吸气单元(3)具有一端开放的圆形出口。
4.如权利要求1所述的可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,其特征在于:所述混合腔(5)的前部呈喇叭状,混合腔(5)的后部呈方形。
5.如权利要求1所述的可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,其特征在于:所述振荡器入口(6)为由宽变窄的收缩结构。
6.如权利要求1所述的可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,其特征在于:所述振荡腔(8)的入口宽度不小于振荡器入口(6)的末端宽度。
7.如权利要求1所述的可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,其特征在于:所述反馈回路(7)的转角处设置圆弧倒角。
8.如权利要求1所述的可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,其特征在于:所述振荡腔(8)、振荡器入口(6)、混合腔(5)、引射喷嘴(4)和压力腔(2)同轴线。
9.如权利要求1所述的可同时实现定常吸气和振荡吹气的激励器,其特征在于:所述喷口(9)为由窄变宽的扩张结构。
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