CN114684353B - 一种脉冲射流激励器、机翼和飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲射流激励器、机翼和飞行器，涉及流动控制技术领域，脉冲射流激励器，包括射流道盖板，所述射流道盖板长度方向两侧分别设有连接部和振动部，所述连接部用于与机翼连接，所述射流道盖板连接有压电陶瓷体，通过所述压电陶瓷体的伸缩驱动所述振动部在射流缝道的高度方向振动，能够同时实现脉冲射流频率可调和电控修型的功能，从而提高射流控制效率，降低射流控制对飞行器翼型的破坏，具有功能多样，拓扑结构简单的特点，可降低机械效能的消耗。机翼包括前述的脉冲射流激励器。飞行器于飞行器本体上设有前述的机翼。

Description

一种脉冲射流激励器、机翼和飞行器

技术领域

本发明涉及流动控制技术领域，具体涉及一种脉冲射流激励器、机翼和飞行器。

背景技术

基于柯恩达效应的射流增升技术，能量来源直接，增升效益可观，工程应用前景突出，在飞行器中得到了较为广泛的运用。相比于定常射流控制，非定常射流控制有效抑制气流分离所需的激励能量可显著减少，非定常射流又可分为脉冲射流、振荡射流等。其中脉冲射流激励器较于振荡射流激励器具有选择种类多、参数调节精准等优势，工程应用前景较高。

形成脉冲射流的方式主要有阻断式、激励式和挤压式三种，阻断式脉冲射流的形成方法主要有机械截断，激光切制等；激励式脉冲射流又可分为共振式、调制式和自激式三种形式，挤压式脉冲射流主要依靠动力源的周期性波动产生脉冲。阻断式脉冲射流能量损失较大，激励式脉冲射流激励强度存在限制，挤压式脉冲射流通过改变增压室中的流动拓扑结构，从而增加流动控制的效率。

发明内容

本发明提供了一种脉冲射流激励器，能够同时实现脉冲射流频率可调和电控修型的功能，从而提高射流控制效率，降低射流控制对飞行器翼型的破坏，具有功能多样，拓扑结构简单的特点，较于阻断式脉冲射流方式，可降低机械效能的消耗。

本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种脉冲射流激励器，包括射流道盖板，所述射流道盖板长度方向两侧分别设有连接部和振动部，所述连接部用于与机翼连接，所述射流道盖板连接有压电陶瓷体，通过所述压电陶瓷体的伸缩驱动所述振动部在射流缝道的高度方向振动。

在一可选的实施例中，所述射流道盖板设有安装槽，所述安装槽位于所述连接部和所述振动部之间，所述压电陶瓷体设置在所述安装槽内。

在一可选的实施例中，所述压电陶瓷体设置在所述射流道盖板远离所述射流缝道的一侧。

在一可选的实施例中，所述压电陶瓷体包括多个沿所述射流道盖板宽度方向依次叠放的压电陶瓷片。

在一可选的实施例中，所述连接部设有穿线孔，所述穿线孔用于穿设所述压电陶瓷体的导线。

在一可选的实施例中，所述振动部沿自身长度方向间隔设有多个分割缝。

在一可选的实施例中，所述振动部的厚度沿远离所述连接部的方向逐渐减小。

第二方面，本发明提供了一种机翼，包括机翼本体，所述机翼本体同侧设有射流增压室和襟翼，所述襟翼与所述机翼本体之间设有射流缝道，还包括上述的脉冲射流激励器，所述射流道盖板通过所述连接部与所述机翼本体相连，且所述射流道盖板位于所述射流缝道的上端。

在一可选的实施例中，所述射流道盖板的材质为高导磁率金属，所述襟翼内设有电磁铁，电磁铁铁芯采用软铁或硅钢等材料实现断电后快速消磁，铁芯外部缠绕导电绕组，可利用通电后的所述电磁铁将所述振动部吸合在所述襟翼表面，并且断电后对所述压电陶瓷体的控制电路也无电磁干扰。

第三方面，本发明提供了一种飞行器，包括飞行器本体，于所述飞行器本体上设有前述的机翼本体。

本发明具有的有益效果：

1、本发明提供的脉冲射流激励器，在射流道盖板长度方向两侧分别设有连接部和振动部，连接部用于与机翼连接，且射流道盖板连接有压电陶瓷体，通过所述压电陶瓷体的伸缩驱动所述振动部在射流缝道的高度方向振动，可将射流道盖板与机翼相连，并通过给压电陶瓷体输入一定频率的交变电流，经压电陶瓷体的伸缩迫使振动部安装对应的频率振动，使得射流道开口大小以对应的频率交变，进而产生脉冲射流，故通过改变输入压电陶瓷体交变电流的频率，控制脉冲射流的频率和改进飞行器的翼型，因此，本发明提供的脉冲射流激励器能够同时实现脉冲射流频率可调和电控修型的功能，从而提高射流控制效率，降低射流控制对飞行器翼型的破坏，具有功能多样，拓扑结构简单的特点，且可降低机械效能的消耗。

2、本发明提供的机翼，在机翼本体同侧设有射流增压室和襟翼，襟翼与所述机翼本体之间设有射流缝道，上述的射流道盖板通过连接部与机翼本体相连，且射流道盖板位于射流缝道的上端，因此，本发明提供的机翼可同时实现脉冲射流频率可调和电控修型的功能，能够降低射流控制对飞行器翼型的破坏，可降低机械效能的消耗。

3、本发明提供的飞行器，在飞行器本体上设有前述的机翼本体，可降低射流控制对飞行器翼型的破坏和降低机械效能的消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例脉冲射流激励器的立体结构示意图；

图2为本发明实施例机翼的结构示意图；

图3为图2的A部放大示意图；

图4为本发明实施例使用脉冲射流激励器产生脉冲射流时的工作原理示意图；

图5为本发明实施例脉冲射流激励器的后视结构示意图；

图6为本发明实施例脉冲射流激励器关闭射流缝道时的工作原理示意图。

附图标记：

1-射流道盖板，11-连接部，111-穿线孔，12-振动部，121-分割缝，13-安装槽，2-机翼本体，21-射流增压室，3-压电陶瓷体，4-射流缝道，5-襟翼，6-电磁铁。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系。术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

结合附图1，本实施例提供了一种脉冲射流激励器，包括射流道盖板1，射流道盖板1长度方向两侧分别设有连接部11和振动部12，连接部11用于与机翼连接，射流道盖板1连接有压电陶瓷体3，通过压电陶瓷体3的伸缩驱动振动部12在射流缝道4的高度方向振动。

需要说明的是，流动控制技术的研究，促进了流体力学学科的繁荣发展，是飞行器创新发展的重要源头和新的技术制高点。受型号需求牵引和学科发展推动，主动流动控制技术已先后在机动导弹、战斗机、直升机上成功应用，标志着从实验室基础研究阶段逐步向工程实用推广阶段推进。目前无气源的主动流动控制技术，如零质量射流、等离子体激励、合成射流和协同射流等，在激励强度和时长等方面都存在一定限制。而基于柯恩达效应的射流增升技术，能量来源更直接，增升效益更可观，工程应用前景更突出。

结合图2，本实施例提供的脉冲射流激励器为激励式，使用时将射流道盖板1的连接部11与机翼设置射流增压室21的一侧相连，以使得射流道盖板1的振动部12在振动时，改变射流缝道4（图3）开口度的大小。振动部12在压电陶瓷体3的伸缩驱动下实现振动，可通过压电陶瓷体3一端与连接部11相连、另一端与振动部12相连，振动部12正对连接部11的一端与连接部11交接的方式实现；或者是，直接将连接部11和振动部12与压电陶瓷体3对应的端部相连的方式实现；或者将连接部11和振动部12直接一体成型，并将压电陶瓷体3与射流道盖板1贴合的方式实现，当然还可以通过其他本领域技术人员可知的结构方式。

其中，一体成型的射流道盖板1，是射流道盖板1自身的形变使得振动部12振动，需要射流道盖板1自身具有一定的结构强度和刚性，同时为减小射流道盖板1对飞行器翼型的影响，通常将射流道盖板1焊接在机翼上或者是与机翼一体成型，因此，射流道盖板1的材质通常与机翼或机翼蒙皮一致，如铝合金、低碳钢等。当然，为减小射流盖板的厚度和便于加工制作射流道盖板1，也可采用延展性较好的金属。

对于压电陶瓷体3，压电陶瓷体3包括多个沿射流道盖板1宽度方向依次叠放的压电陶瓷片，以增加射流道盖板1的结构刚度，从而提高脉冲射流激励器的控制精度。

结合图4，本实施例提供的脉冲射流激励器在使用时，将射流道盖板1与机翼相连（或直接一体成型），使得射流道盖板1延伸在射流道缝隙上方（对应的，射流缝道4与射流增压室21连通），并通过给压电陶瓷体3输入一定频率的交变电流，经压电陶瓷体3的伸缩迫使振动部12安装对应的频率振动，使得射流道开口大小以对应的频率交变，在射流增压室21输出流体时能够扰动气体，进而产生脉冲射流。

应当理解的是，射流增压室21从分飞行器发动机或空气泵中引气，流动工质为空气。只需改变输入压电陶瓷体3交变电流的频率（通过拟合施加给压电陶瓷体3的电信号和射流缝道4高度的函数，可以实现脉冲射流激励器振动部12的振动频率可控），便可控制脉冲射流的频率和改进飞行器的翼型，具有控制简单和精确的特点。

可以理解的是，在本实施例中，射流道盖板1直接与机翼相连、振动部12直接通过压电陶瓷体3驱动，不需要通过复杂的机械传动装置来实现脉冲激励，而射流道盖板1在使用时，为类悬臂梁结构，且振动部12在末端，振动部12的自激振动对射流道盖板1的动能有一定增益效果。

综上，本实施例提供的脉冲射流激励器，能够同时实现脉冲射流频率可调和电控修型的功能，从而提高射流控制效率，降低射流控制对飞行器翼型的破坏，具有功能多样，拓扑结构简单的特点，且可降低机械效能的消耗。

实施例2

结合图1，本实施例提供了一种脉冲射流激励器，基于实施例1所记载的结构和原理，射流道盖板1设有安装槽13，安装槽13位于连接部11和振动部12之间，压电陶瓷体3设置在安装槽13内。

具体来讲，在射流道盖板1上设置安装槽13，以便于将压电陶瓷体3全部嵌设在射流道盖板1内，避免压电陶瓷体3影响飞行器的翼型，也便于将压电陶瓷体3与射流道盖板1固定连接，如同时将压电陶瓷体3侧壁与安装槽13对应的侧壁粘接。

可选的，压电陶瓷体3设置在射流道盖板1远离射流缝道4的一侧，以便于维护和更换压电陶瓷体3。

实施例3

结合图1，本实施例提供了一种脉冲射流激励器，基于实施例1或2所记载的结构和原理，振动部12沿自身长度方向间隔设有多个分割缝121，以通过分割缝121将振动部12分割为多个单体，相应的，每个单体均对应设有驱动其振动的压电陶瓷体3，从而对于控制每个单体的振动频率，能够优化射流控制策略。

在此基础上，结合图5，为避免压电陶瓷体3的导线影响流体的流动，连接部11设有穿线孔111，穿线孔111用于穿设压电陶瓷体3的导线，以将压电陶瓷体3的导线从连接部11远离振动部12的方向引出。

实施例4

本实施例提供了一种脉冲射流激励器，基于实施例1～3中任意一个实施例所记载的脉冲射流激励器，振动部12的厚度沿远离连接部11的方向逐渐减小，在使用时，可减小射流缝道4高度和振动部12厚度之和，以降低射流盖板对飞行器机翼表面的破坏。可知的是，振动部12远离连接部11的一端厚度可趋近于零。

实施例5

结合图2，本实施例提供了一种机翼，包括机翼本体2，机翼本体2同侧设有射流增压室21和襟翼5，襟翼5与机翼本体2之间设有射流缝道4（图3），还包括实施例1～4中任意一个实施例所记载的脉冲射流激励器，射流道盖板1通过连接部11与机翼本体2相连，且射流道盖板1位于射流缝道4的上端。

本实施例提供的机翼，在机翼上连接有前述的脉冲射流激励器，通过压电陶瓷体3的伸缩迫使振动部12安装对应的频率振动，使得射流道开口大小以对应的频率交变，在射流增压室21输出流体时能够扰动气体，进而产生脉冲射流，可同时实现脉冲射流频率可调和电控修型的功能，能够降低射流控制对飞行器翼型的破坏，可降低机械效能的消耗。

实施例6

本实施例提供了一种机翼，基于实施例5，射流道盖板1的材质为高导磁率金属，襟翼5内设有电磁铁6，可通过电磁铁6将振动部12吸合在襟翼5表面。

结合图6，可知的是，高导磁率金属（如铁镍合金）的塑性和电磁率高，容易被电磁铁6吸引，在飞行器处于巡航状态下，给电磁铁6通电，通过电磁铁6将振动部12吸合在襟翼5表面，进而避免在机翼本体2表明形成一条“台阶”，以降低脉冲射流激励器对机翼本体2翼型的破坏。

与此同时，射流道盖板1的塑性高和电磁率高，更有利于电磁铁6吸附，因此，更容易改变射流增压室21的内部形状，有利于盖板射流增压室21的拓扑结构。

电磁铁6铁芯采用软铁或硅钢材料实现断电后快速消磁，铁芯外部缠绕导电绕组，在断电后对所述压电陶瓷体3的控制电路也无电磁干扰，避免了系统进行耦合电位控制，增加了系统的鲁棒性。

实施例7

本实施例提供了一种飞行器，包括飞行器本体，于飞行器本体上设有实施例4或实施例5所记载的机翼本体2（图2），通过脉冲射流激励器提供的脉冲射流，可降低射流控制对飞行器翼型的破坏和降低机械效能的消耗。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种脉冲射流激励器，其特征在于，包括射流道盖板（1），所述射流道盖板（1）长度方向两侧分别设有连接部（11）和振动部（12），所述连接部（11）用于与机翼连接，所述射流道盖板（1）连接有压电陶瓷体（3），通过所述压电陶瓷体（3）的伸缩驱动所述振动部（12）在射流缝道（4）的高度方向振动；

所述射流道盖板（1）设有安装槽（13），所述安装槽（13）位于所述连接部（11）和所述振动部（12）之间，所述压电陶瓷体（3）设置在所述安装槽（13）内；

所述压电陶瓷体（3）设置在所述射流道盖板（1）远离所述射流缝道（4）的一侧；

所述压电陶瓷体（3）包括多个沿所述射流道盖板（1）宽度方向依次叠放的压电陶瓷片；

所述连接部（11）设有穿线孔（111），所述穿线孔（111）用于穿设所述压电陶瓷体（3）的导线；

所述振动部（12）沿自身长度方向间隔设有多个分割缝（121）；

所述振动部（12）的厚度沿远离所述连接部（11）的方向逐渐减小。

2.一种机翼，包括机翼本体（2），所述机翼本体（2）同侧设有射流增压室（21）和襟翼（5），所述襟翼（5）与所述机翼本体（2）之间设有射流缝道（4），其特征在于，还包括权利要求1所述的脉冲射流激励器，所述射流道盖板（1）通过所述连接部（11）与所述机翼本体（2）相连，且所述射流道盖板（1）位于所述射流缝道（4）的上端。

3.根据权利要求2所述的机翼，其特征在于，所述射流道盖板（1）的材质为高导磁率金属，所述襟翼（5）内设有电磁铁（6），可通过所述电磁铁（6）将所述振动部（12）吸合在所述襟翼（5）表面。

4.一种飞行器，包括飞行器本体，其特征在于，于所述飞行器本体上设有权利要求2或3所述的机翼本体（2）。

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