CN112937850B - 显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法，装置包括：在翼型前缘低压区设置喷气口，在翼型后缘高压区设置吸气口；在剖面翼型上盖板靠近所述喷气口位置布置半圆形凹槽；所述半圆形凹槽内安装相同半径的半圆柱；所述半圆柱的半径与所述喷气口的最大高度相等；其中：所述喷气口的最大高度为：所述喷气口处于完全打开状态时，喷气口沿翼型上表面法向的高度。半圆柱通过驱动电机驱动进行顺时针或逆时针的旋转运动，进而实现正弦半波脉冲射流。具有以下优点：本发明能够显著提升旋翼翼型的有效升阻比，从而提升旋翼气动特性。还具有结构简单，可靠性高，加工方便的优点。

Description

显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法

技术领域

本发明属于主动流动控制技术领域，具体涉及一种显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法。

背景技术

旋翼作为直升机的主要升力和操纵部件，其气动特性直接影响着直升机的飞行品质。其中，直升机的悬停性能与旋翼能够产生的最大升力密切相关，前飞性能受到前行桨叶高速高升力性能和后行桨叶低速大攻角失速性能的限制。翼型是直升机旋翼的基本要素，因而，如何改善旋翼翼型的高升阻比特性和大攻角失速特性，进而提升旋翼的气动特性和绕流特性，对提高直升机的悬停、前飞、操纵性能等至关重要。

传统的翼型设计方法对旋翼翼型性能的提升空间是有限的，而流动控制方法往往能大幅提升旋翼翼型的气动特性。与传统吹/吸气、零质量微射流、等离子体等典型流动控制技术相比，协同射流流动控制技术，既能实现大攻角状态下很高的升力系数、显著提高失速裕度，又能具有低攻角下的增升减阻效果。

然而，现有的协同射流流动控制技术，采用连续协同射流，即：气流从喷气口连续喷出。此种方式能耗较高，在较低的能量消耗下，抑制流动分离和增升减阻效果不佳，从而降低协同射流翼型最大升力系数。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置，剖面翼型下表面(1)和剖面翼型上盖板(2)围成翼型，剖面翼型下表面(1)和剖面翼型上盖板(2)之间形成翼型腔体；在翼型前缘低压区设置喷气口(3)，在翼型后缘高压区设置吸气口(4)；所述翼型腔体形成连通所述吸气口(4)和所述喷气口(3)的低阻气流管道；在所述低阻气流管道的内部安装梁(9)，通过所述梁(9)，将所述低阻气流管道划分为与所述吸气口(4)连通的低阻气流后管道(7)，以及与所述喷气口(3)连通的低阻气流前管道(6)；在所述梁(9)上面安装用于驱动吸气和喷气的气流驱动机构(5)，所述气流驱动机构(5)用于驱动气流从吸气口(4)吸入、喷气口(3)喷出，保证喷气量和吸气量相等；

在剖面翼型上盖板(2)靠近所述喷气口(3)位置布置半圆形凹槽；所述半圆形凹槽内安装相同半径的半圆柱(8)；所述半圆柱(8)的半径与所述喷气口(3)的最大高度相等；其中：所述喷气口(3)的最大高度为：所述喷气口(3)处于完全打开状态时，喷气口沿翼型上表面法向的高度；

所述半圆柱(8)通过驱动电机(10)驱动进行顺时针或逆时针的旋转运动，进而实现正弦半波脉冲射流。

优选的，所述喷气口(3)距翼型前缘7.5％倍弦长，所述喷气口(3)的最大高度为0.65％倍弦长；所述吸气口(4)距翼型前缘80％倍弦长，所述吸气口(4)的最大高度为1.30％倍弦长。

优选的，所述半圆柱(8)与翼型通过轴承的形式连接。

优选的，所述驱动电机(10)安装于旋翼根部，所述驱动电机(10)的输出端与所述半圆柱(8)的中心轴连接。

优选的，所述半圆柱(8)顺时针旋转到不同位置时，对应着正弦半波周期T内的不同时刻；

具体的：将半圆柱(8)顺时针旋转一周360度的过程，区分为四个关键姿态，分别为：

第一姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱(8)的柱半圆面位于柱平面右方的姿态；

第二姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱(8)的柱半圆面嵌入到半圆形凹槽内；

第三姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱(8)的柱半圆面位于柱平面左方的姿态；

第四姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱(8)的柱半圆面位于半圆形凹槽上方，此时，半圆柱(8)和半圆形凹槽形成完成的圆柱形状；

当半圆柱(8)处于第一姿态时，半圆柱(8)将喷气口(3)完全封闭，此时喷气口(3)为完全关闭状态，喷气量为0，对应正弦半波脉冲射流图中的t1时刻；

当半圆柱(8)从第一姿态向第二姿态旋转时，将喷气口(3)逐渐打开，喷气量逐渐增加，当旋转到第二姿态时，使喷气口(3)完全打开；半圆柱(8)旋转到第二姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t2时刻，因此，从t1时刻到t2时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐上升，t2时刻达到最大值，从t1时刻到t2时刻的喷气量为一条上升的正弦曲线；

当半圆柱(8)从第二姿态向第三姿态旋转时，将喷气口(3)逐渐关闭，喷气量逐渐减小，当旋转到第三姿态时，使喷气口(3)完全关闭；半圆柱(8)旋转到第三姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t3时刻，因此，从t2时刻到t3时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐下降，t3时刻对应的喷气量为0；从t2时刻到t3时刻的喷气量为一条下降的正弦曲线；

当半圆柱(8)从第三姿态向第四姿态旋转时，喷气口(3)持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到第四姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t4时刻，因此，从t3时刻到t4时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t3时刻到t4时刻的喷气量为一条直线；

当半圆柱(8)从第四姿态旋转到初始的第一姿态时，喷气口(3)持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到初始的第一姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t1+T时刻，因此，从t4时刻到t1+T时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t4时刻到t1+T时刻的喷气量为一条直线；其中，T为脉冲周期；

由此完成一个周期。

本发明还提供一种显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置的方法，包括以下步骤：

步骤1，启动气流驱动机构(5)和驱动电机(10)；

步骤2，根据实时来流风速和雷诺数，确定最佳最大喷口质量流量和最佳脉冲频率；将最佳最大喷口质量流量和最佳脉冲频率实时传输给总控制端；

步骤3，总控制端根据最佳最大喷口质量流量和气流驱动机构(5)的性能，得到当前时刻的最佳喷气量和当前时刻的最佳吸气量，进而根据最佳喷气量和最佳吸气量确定气流驱动机构(5)的最佳工作转速；

总控制端根据最佳脉冲频率，确定驱动电机(10)的最佳工作转速；

步骤4，总控制端对所述气流驱动机构(5)的状态进行调节控制，使所述气流驱动机构(5)按最佳工作转速运行；同时，所述总控制端对驱动电机(10)的状态进行调节控制，使所述驱动电机(10)按最佳工作转速运行；

通过对所述气流驱动机构(5)和所述驱动电机(10)的协同控制，实现正弦半波脉冲射流；具体过程为：

吸气过程为：气流驱动机构(5)按最佳工作转速持续工作，持续将气流沿翼型上表面后缘高压区的吸气口(4)吸入低阻气流后管道(7)，低阻气流后管道(7)逐渐扩张，使气流速度逐渐降低，气流经气流驱动机构(5)加压后，持续注入到低阻气流前管道(6)中；

喷气过程为：驱动电机(10)按最佳工作转速带动半圆柱(8)旋转，在半圆柱(8)旋转过程中，实现对喷气口(3)实际有效开口的调节，进而调节喷气量，使喷气量按正弦半波脉冲射流方式进行，实现正弦半波脉冲射流；

具体的，将半圆柱(8)顺时针旋转一周360度的过程，区分为四个关键姿态，分别为：

第一姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱(8)的柱半圆面位于柱平面右方的姿态；

第二姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱(8)的柱半圆面嵌入到半圆形凹槽内；

第三姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱(8)的柱半圆面位于柱平面左方的姿态；

第四姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱(8)的柱半圆面位于半圆形凹槽上方，此时，半圆柱(8)和半圆形凹槽形成完成的圆柱形状；

当半圆柱(8)处于第一姿态时，半圆柱(8)将喷气口(3)完全封闭，此时喷气口(3)为完全关闭状态，喷气量为0，对应正弦半波脉冲射流图中的t1时刻；

当半圆柱(8)从第一姿态向第二姿态旋转时，将喷气口(3)逐渐打开，喷气量逐渐增加，当旋转到第二姿态时，使喷气口(3)完全打开；半圆柱(8)旋转到第二姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t2时刻，因此，从t1时刻到t2时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐上升，t2时刻达到最大值，从t1时刻到t2时刻的喷气量为一条上升的正弦曲线；

当半圆柱(8)从第二姿态向第三姿态旋转时，将喷气口(3)逐渐关闭，喷气量逐渐减小，当旋转到第三姿态时，使喷气口(3)完全关闭；半圆柱(8)旋转到第三姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t3时刻，因此，从t2时刻到t3时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐下降，t3时刻对应的喷气量为0；从t2时刻到t3时刻的喷气量为一条下降的正弦曲线；

当半圆柱(8)从第三姿态向第四姿态旋转时，喷气口(3)持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到第四姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t4时刻，因此，从t3时刻到t4时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t3时刻到t4时刻的喷气量为一条直线；

当半圆柱(8)从第四姿态旋转到初始的第一姿态时，喷气口(3)持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到初始的第一姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t1+T时刻，因此，从t4时刻到t1+T时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t4时刻到t1+T时刻的喷气量为一条直线；其中，T为脉冲周期；

由此完成一个周期；

其中，对于当前周期，由于在t3时刻到t1+T时刻的过程中，喷气口(3)持续保持关闭状态，而由于气流驱动机构(5)持续工作，即：持续向低阻气流前管道(6)注入气流，使低阻气流前管道(6)中的压力持续升高；然后，当到达下一周期的初始时刻，即到达t1+T时刻时，从t1+T时刻到t3+T时刻，低阻气流前管道(6)中的高压气体沿翼型上表面切线方向，从处于翼型前缘低压区的喷气口(3)以正弦半波脉冲射流的方式高速喷出，将射流能量注入到主流中，增加翼型表面环量，从而提高翼型升力；同时，当气流由喷气口(3)喷出时，对翼型产生反作用力，此反作用力在阻力方向上的分量较大，且与阻力方向相反，因而能够极大降低翼型阻力。

本发明提供的显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法具有以下优点：

本发明提出的显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法，具有以下优点：本发明能够显著提升旋翼翼型的有效升阻比，从而提升旋翼气动特性。还具有结构简单，可靠性高，加工方便的优点。

附图说明

图1是本发明提供的采用脉冲协同射流技术的旋翼翼段的立体图；

图2是本发明提供的旋翼翼段在A-A处的剖视图；

图3是本发明提供的旋翼翼段喷气口处的局部视图；

图4是本发明提供的顺时针旋转时t1时刻喷气口处旋转半圆柱位置局部视图；

图5是本发明提供的顺时针旋转时t2时刻喷气口处旋转半圆柱位置局部视图；

图6是本发明提供的顺时针旋转时t3时刻喷气口处旋转半圆柱位置局部视图；

图7是本发明提供的顺时针旋转时t4时刻喷气口处旋转半圆柱位置局部视图；

图8是本发明提供的在喷气口处实现的正弦半波质量流量变化规律图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法，为主动流动控制技术领域，可应用于直升机旋翼叶片。本发明用于显著提升旋翼翼型的失速攻角、最大升力系数和最大升阻比等气动特性。具体的，本发明采用的脉冲协同射流方法，气流从喷气口以脉冲方式喷出，在相同的平均喷口动量系数下，本发明具有更大的瞬时喷口质量流量，因而能够进一步加强主流与射流的掺混效应，更有效的抑制流动分离，提升翼型升阻比，进而提升直升机旋翼效率。

参考图1、图2和图3，本发明提供一种显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置，剖面翼型下表面1和剖面翼型上盖板2围成翼型，剖面翼型下表面1和剖面翼型上盖板2之间形成翼型腔体；在翼型前缘低压区设置喷气口3，在翼型后缘高压区设置吸气口4；其中，喷气口3距翼型前缘7.5％倍弦长，喷气口3的最大高度为0.65％倍弦长；吸气口4距翼型前缘80％倍弦长，吸气口4的最大高度为1.30％倍弦长。

翼型腔体形成连通吸气口4和喷气口3的低阻气流管道；在低阻气流管道的内部安装梁9，通过梁9，将低阻气流管道划分为与吸气口4连通的低阻气流后管道7，以及与喷气口3连通的低阻气流前管道6；在梁9上面安装用于驱动吸气和喷气的气流驱动机构5，气流驱动机构5采用气泵或者风机实现，气流驱动机构5用于驱动气流从吸气口4吸入、喷气口3喷出，保证喷气量和吸气量相等；采用通过梁9分为低阻气流后管道7和低阻气流前管道6的方式，具有以下优点：可有效降低脉冲协同射流的风机/泵的功率消耗，同时保证喷气量和吸气量相等，实现零质量射流效果。

在剖面翼型上盖板2靠近喷气口3位置布置半圆形凹槽；半圆形凹槽内安装相同半径的半圆柱8；半圆柱8的半径与喷气口3的最大高度相等；其中：喷气口3的最大高度为：喷气口3处于完全打开状态时，喷气口沿翼型上表面法向的高度；参考图5，h即为喷气口3的最大高度。

半圆柱8通过驱动电机10驱动进行顺时针或逆时针的旋转运动，进而实现正弦半波脉冲射流。其中，半圆柱8与翼型通过轴承的形式连接。驱动电机10安装于旋翼根部，驱动电机10的输出端与半圆柱8的中心轴连接。其中，驱动电机10安装在旋翼翼根内部，占用空间小，通过调节驱动电机10的转速，实现不同频率的正弦半波脉冲协同射流。

半圆柱8顺时针旋转到不同位置时，对应着正弦半波周期T内的不同时刻；

具体的：将半圆柱8顺时针旋转一周360度的过程，区分为四个关键姿态，分别为：

第一姿态：如图4所示，为第一姿态时的状态图；半圆柱8的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱8的柱半圆面位于柱平面右方的姿态；

第二姿态：如图5所示，为第二姿态时的状态图；半圆柱8的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱8的柱半圆面嵌入到半圆形凹槽内；

第三姿态：如图6所示，为第三姿态时的状态图；半圆柱8的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱8的柱半圆面位于柱平面左方的姿态；

第四姿态：如图7所示，为第四姿态时的状态图；半圆柱8的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱8的柱半圆面位于半圆形凹槽上方，此时，半圆柱8和半圆形凹槽形成完成的圆柱形状；

将图4-图7，与图8对照；

当半圆柱8处于图4的第一姿态时，半圆柱8将喷气口3完全封闭，此时喷气口3为完全关闭状态，喷气量为0，对应正弦半波脉冲射流图中的t1时刻；

当半圆柱8从图4的第一姿态向图5的第二姿态旋转时，将喷气口3逐渐打开，喷气量逐渐增加，当旋转到第二姿态时，使喷气口3完全打开；半圆柱8旋转到第二姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t2时刻，因此，从t1时刻到t2时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐上升，t2时刻达到最大值，从t1时刻到t2时刻的喷气量为一条上升的正弦曲线；

当半圆柱8从图5的第二姿态向图6的第三姿态旋转时，将喷气口3逐渐关闭，喷气量逐渐减小，当旋转到第三姿态时，使喷气口3完全关闭；半圆柱8旋转到第三姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t3时刻，因此，从t2时刻到t3时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐下降，t3时刻对应的喷气量为0；从t2时刻到t3时刻的喷气量为一条下降的正弦曲线；

当半圆柱8从图6的第三姿态向图7的第四姿态旋转时，喷气口3持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到第四姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t4时刻，因此，从t3时刻到t4时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t3时刻到t4时刻的喷气量为一条直线；

当半圆柱8从第四姿态旋转到初始的第一姿态时，喷气口3持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到初始的第一姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t1+T时刻，因此，从t4时刻到t1+T时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t4时刻到t1+T时刻的喷气量为一条直线；其中，T为脉冲周期；

由此完成一个周期。

本发明，控制喷气口3的质量流量变化规律，使气流以正弦半波的脉冲方式喷出，形成脉冲协同射流，与连续喷出的协同射流流动控制方式相比，在相同的平均喷口动量系数下，采用脉冲协同射流能够获得更大的瞬时喷口质量流量，更有助于抑制流动分离，提升翼型最大升阻比。

本发明还提供一种显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置的方法，包括以下步骤：

步骤1，启动气流驱动机构5和驱动电机10；

步骤2，根据实时来流风速和雷诺数，确定最佳最大喷口质量流量和最佳脉冲频率；将最佳最大喷口质量流量和最佳脉冲频率实时传输给总控制端；

步骤3，总控制端根据最佳最大喷口质量流量和气流驱动机构5的性能，得到当前时刻的最佳喷气量和当前时刻的最佳吸气量，进而根据最佳喷气量和最佳吸气量确定气流驱动机构5的最佳工作转速；

总控制端根据最佳脉冲频率，确定驱动电机10的最佳工作转速；

步骤4，总控制端对气流驱动机构5的状态进行调节控制，使气流驱动机构5按最佳工作转速运行；同时，总控制端对驱动电机10的状态进行调节控制，使驱动电机10按最佳工作转速运行；

通过对气流驱动机构5和驱动电机10的协同控制，实现正弦半波脉冲射流；具体过程为：

吸气过程为：气流驱动机构5按最佳工作转速持续工作，持续将气流沿翼型上表面后缘高压区的吸气口4吸入低阻气流后管道7，低阻气流后管道7逐渐扩张，使气流速度逐渐降低，气流经气流驱动机构5加压后，持续注入到低阻气流前管道6中；

喷气过程为：驱动电机10按最佳工作转速带动半圆柱8旋转，在半圆柱8旋转过程中，实现对喷气口3实际有效开口的调节，进而调节喷气量，使喷气量按正弦半波脉冲射流方式进行，实现正弦半波脉冲射流；

具体的，将半圆柱8顺时针旋转一周360度的过程，区分为四个关键姿态，分别为：

第一姿态：半圆柱8的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱8的柱半圆面位于柱平面右方的姿态；

第二姿态：半圆柱8的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱8的柱半圆面嵌入到半圆形凹槽内；

第三姿态：半圆柱8的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱8的柱半圆面位于柱平面左方的姿态；

第四姿态：半圆柱8的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱8的柱半圆面位于半圆形凹槽上方，此时，半圆柱8和半圆形凹槽形成完成的圆柱形状；

当半圆柱8处于第一姿态时，半圆柱8将喷气口3完全封闭，此时喷气口3为完全关闭状态，喷气量为0，对应正弦半波脉冲射流图中的t1时刻；

当半圆柱8从第一姿态向第二姿态旋转时，将喷气口3逐渐打开，喷气量逐渐增加，当旋转到第二姿态时，使喷气口3完全打开；半圆柱8旋转到第二姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t2时刻，因此，从t1时刻到t2时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐上升，t2时刻达到最大值，从t1时刻到t2时刻的喷气量为一条上升的正弦曲线；

当半圆柱8从第二姿态向第三姿态旋转时，将喷气口3逐渐关闭，喷气量逐渐减小，当旋转到第三姿态时，使喷气口3完全关闭；半圆柱8旋转到第三姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t3时刻，因此，从t2时刻到t3时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐下降，t3时刻对应的喷气量为0；从t2时刻到t3时刻的喷气量为一条下降的正弦曲线；

当半圆柱8从第三姿态向第四姿态旋转时，喷气口3持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到第四姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t4时刻，因此，从t3时刻到t4时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t3时刻到t4时刻的喷气量为一条直线；

当半圆柱8从第四姿态旋转到初始的第一姿态时，喷气口3持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到初始的第一姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t1+T时刻，因此，从t4时刻到t1+T时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t4时刻到t1+T时刻的喷气量为一条直线；其中，T为脉冲周期；

由此完成一个周期；

其中，对于当前周期，由于在t3时刻到t1+T时刻的过程中，喷气口3持续保持关闭状态，而由于气流驱动机构5持续工作，即：持续向低阻气流前管道6注入气流，使低阻气流前管道6中的压力持续升高；然后，当到达下一周期的初始时刻，即到达t1+T时刻时，从t1+T时刻到t3+T时刻，低阻气流前管道6中的高压气体沿翼型上表面切线方向，从处于翼型前缘低压区的喷气口3以正弦半波脉冲射流的方式高速喷出，将射流能量注入到主流中，增加翼型表面环量，从而提高翼型升力；同时，当气流由喷气口3喷出时，对翼型产生反作用力，此反作用力在阻力方向上的分量较大，且与阻力方向相反，因而能够极大降低翼型阻力。

因此，本发明提供的一种显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法，能够根据实时来流风速和雷诺数等飞行状态，对气流驱动机构5和驱动电机10的工作状态进行实现调节，进而保证翼型按最佳最大喷口质量流量工作。

下面列举一个实施例：

对于OA312旋翼翼型，采用本发明所述脉冲协同射流控制方法和装置，构建脉冲协同射流翼型装置，弦长1000mm，喷气口距翼型前缘7.5％倍弦长，喷气口的最大高度为0.65％倍弦长，吸气口距翼型前缘约80％倍弦长，吸气口的最大高度为1.30％倍弦长，采用优化后的低阻内部管道。喷气口处旋转半圆柱的半径为0.65％倍弦长，由驱动电机驱动。与基准翼型OA312相比，在来流马赫数0.4，喷口动量系数0.011时，脉冲协同射流翼型的最大升阻比提高48.4％。

综上所述，本发明提出的显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置及方法，具有以下优点：本发明能够显著提升旋翼翼型的有效升阻比，从而提升旋翼气动特性。还具有结构简单，可靠性高，加工方便的优点。

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本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置，其特征在于，剖面翼型下表面(1)和剖面翼型上盖板(2)围成翼型，剖面翼型下表面(1)和剖面翼型上盖板(2)之间形成翼型腔体；在翼型前缘低压区设置喷气口(3)，在翼型后缘高压区设置吸气口(4)；所述翼型腔体形成连通所述吸气口(4)和所述喷气口(3)的低阻气流管道；在所述低阻气流管道的内部安装梁(9)，通过所述梁(9)，将所述低阻气流管道划分为与所述吸气口(4)连通的低阻气流后管道(7)，以及与所述喷气口(3)连通的低阻气流前管道(6)；在所述梁(9)上面安装用于驱动吸气和喷气的气流驱动机构(5)，所述气流驱动机构(5)用于驱动气流从吸气口(4)吸入、喷气口(3)喷出，保证喷气量和吸气量相等；

在剖面翼型上盖板(2)靠近所述喷气口(3)位置布置半圆形凹槽；所述半圆形凹槽内安装相同半径的半圆柱(8)；所述半圆柱(8)的半径与所述喷气口(3)的最大高度相等；其中：所述喷气口(3)的最大高度为：所述喷气口(3)处于完全打开状态时，喷气口沿翼型上表面法向的高度；

所述半圆柱(8)通过驱动电机(10)驱动进行顺时针或逆时针的旋转运动，进而实现正弦半波脉冲射流。

2.根据权利要求1所述的显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置，其特征在于，所述喷气口(3)距翼型前缘7.5％倍弦长，所述喷气口(3)的最大高度为0.65％倍弦长；所述吸气口(4)距翼型前缘80％倍弦长，所述吸气口(4)的最大高度为1.30％倍弦长。

3.根据权利要求1所述的显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置，其特征在于，所述半圆柱(8)与翼型通过轴承的形式连接。

4.根据权利要求1所述的显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置，其特征在于，所述驱动电机(10)安装于旋翼根部，所述驱动电机(10)的输出端与所述半圆柱(8)的中心轴连接。

5.根据权利要求1所述的显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置，其特征在于，所述半圆柱(8)顺时针旋转到不同位置时，对应着正弦半波周期T内的不同时刻；

具体的：将半圆柱(8)顺时针旋转一周360度的过程，区分为四个关键姿态，分别为：

第一姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱(8)的柱半圆面位于柱平面右方的姿态；

第二姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱(8)的柱半圆面嵌入到半圆形凹槽内；

第三姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱(8)的柱半圆面位于柱平面左方的姿态；

第四姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱(8)的柱半圆面位于半圆形凹槽上方，此时，半圆柱(8)和半圆形凹槽形成完成的圆柱形状；

当半圆柱(8)处于第一姿态时，半圆柱(8)将喷气口(3)完全封闭，此时喷气口(3)为完全关闭状态，喷气量为0，对应正弦半波脉冲射流图中的t1时刻；

当半圆柱(8)从第一姿态向第二姿态旋转时，将喷气口(3)逐渐打开，喷气量逐渐增加，当旋转到第二姿态时，使喷气口(3)完全打开；半圆柱(8)旋转到第二姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t2时刻，因此，从t1时刻到t2时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐上升，t2时刻达到最大值，从t1时刻到t2时刻的喷气量为一条上升的正弦曲线；

当半圆柱(8)从第二姿态向第三姿态旋转时，将喷气口(3)逐渐关闭，喷气量逐渐减小，当旋转到第三姿态时，使喷气口(3)完全关闭；半圆柱(8)旋转到第三姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t3时刻，因此，从t2时刻到t3时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐下降，t3时刻对应的喷气量为0；从t2时刻到t3时刻的喷气量为一条下降的正弦曲线；

当半圆柱(8)从第三姿态向第四姿态旋转时，喷气口(3)持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到第四姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t4时刻，因此，从t3时刻到t4时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t3时刻到t4时刻的喷气量为一条直线；

当半圆柱(8)从第四姿态旋转到初始的第一姿态时，喷气口(3)持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到初始的第一姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t1+T时刻，因此，从t4时刻到t1+T时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t4时刻到t1+T时刻的喷气量为一条直线；其中，T为脉冲周期；

由此完成一个周期。

6.一种权利要求1-5任一项所述的显著提升旋翼气动特性的脉冲协同射流控制装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，启动气流驱动机构(5)和驱动电机(10)；

步骤2，根据实时来流风速和雷诺数，确定最佳最大喷口质量流量和最佳脉冲频率；将最佳最大喷口质量流量和最佳脉冲频率实时传输给总控制端；

步骤3，总控制端根据最佳最大喷口质量流量和气流驱动机构(5)的性能，得到当前时刻的最佳喷气量和当前时刻的最佳吸气量，进而根据最佳喷气量和最佳吸气量确定气流驱动机构(5)的最佳工作转速；

总控制端根据最佳脉冲频率，确定驱动电机(10)的最佳工作转速；

步骤4，总控制端对所述气流驱动机构(5)的状态进行调节控制，使所述气流驱动机构(5)按最佳工作转速运行；同时，所述总控制端对驱动电机(10)的状态进行调节控制，使所述驱动电机(10)按最佳工作转速运行；

通过对所述气流驱动机构(5)和所述驱动电机(10)的协同控制，实现正弦半波脉冲射流；具体过程为：

吸气过程为：气流驱动机构(5)按最佳工作转速持续工作，持续将气流沿翼型上表面后缘高压区的吸气口(4)吸入低阻气流后管道(7)，低阻气流后管道(7)逐渐扩张，使气流速度逐渐降低，气流经气流驱动机构(5)加压后，持续注入到低阻气流前管道(6)中；

喷气过程为：驱动电机(10)按最佳工作转速带动半圆柱(8)旋转，在半圆柱(8)旋转过程中，实现对喷气口(3)实际有效开口的调节，进而调节喷气量，使喷气量按正弦半波脉冲射流方式进行，实现正弦半波脉冲射流；

具体的，将半圆柱(8)顺时针旋转一周360度的过程，区分为四个关键姿态，分别为：

第一姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱(8)的柱半圆面位于柱平面右方的姿态；

第二姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱(8)的柱半圆面嵌入到半圆形凹槽内；

第三姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽垂直，并且，半圆柱(8)的柱半圆面位于柱平面左方的姿态；

第四姿态：半圆柱(8)的柱平面与半圆形凹槽平行，半圆柱(8)的柱半圆面位于半圆形凹槽上方，此时，半圆柱(8)和半圆形凹槽形成完成的圆柱形状；

当半圆柱(8)处于第一姿态时，半圆柱(8)将喷气口(3)完全封闭，此时喷气口(3)为完全关闭状态，喷气量为0，对应正弦半波脉冲射流图中的t1时刻；

当半圆柱(8)从第一姿态向第二姿态旋转时，将喷气口(3)逐渐打开，喷气量逐渐增加，当旋转到第二姿态时，使喷气口(3)完全打开；半圆柱(8)旋转到第二姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t2时刻，因此，从t1时刻到t2时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐上升，t2时刻达到最大值，从t1时刻到t2时刻的喷气量为一条上升的正弦曲线；

当半圆柱(8)从第二姿态向第三姿态旋转时，将喷气口(3)逐渐关闭，喷气量逐渐减小，当旋转到第三姿态时，使喷气口(3)完全关闭；半圆柱(8)旋转到第三姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t3时刻，因此，从t2时刻到t3时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量逐渐下降，t3时刻对应的喷气量为0；从t2时刻到t3时刻的喷气量为一条下降的正弦曲线；

当半圆柱(8)从第三姿态向第四姿态旋转时，喷气口(3)持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到第四姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t4时刻，因此，从t3时刻到t4时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t3时刻到t4时刻的喷气量为一条直线；

当半圆柱(8)从第四姿态旋转到初始的第一姿态时，喷气口(3)持续保持关闭状态，喷气量持续为0，当旋转到初始的第一姿态时，对应正弦半波脉冲射流图中的t1+T时刻，因此，从t4时刻到t1+T时刻，正弦半波脉冲射流图的喷气量持续为0，t4时刻到t1+T时刻的喷气量为一条直线；其中，T为脉冲周期；

由此完成一个周期；

其中，对于当前周期，由于在t3时刻到t1+T时刻的过程中，喷气口(3)持续保持关闭状态，而由于气流驱动机构(5)持续工作，即：持续向低阻气流前管道(6)注入气流，使低阻气流前管道(6)中的压力持续升高；然后，当到达下一周期的初始时刻，即到达t1+T时刻时，从t1+T时刻到t3+T时刻，低阻气流前管道(6)中的高压气体沿翼型上表面切线方向，从处于翼型前缘低压区的喷气口(3)以正弦半波脉冲射流的方式高速喷出，将射流能量注入到主流中，增加翼型表面环量，从而提高翼型升力；同时，当气流由喷气口(3)喷出时，对翼型产生反作用力，此反作用力在阻力方向上的分量较大，且与阻力方向相反，因而能够极大降低翼型阻力。

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