CN115683541B - 用于大s弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流发生器，包括电机支架以及设置在所述电机支架上的伺服电机，筒体，其一端与所述电机支架固定连接，且所述筒体上横向排布开设有用于与模型连通的多个第一通气孔；转桶，其可转动的密封连接在所述筒体内，所述转桶与所述伺服电机传动连接，且所述转桶的周壁对称的开设有多组第二通气孔，各组所述第二通气孔通过转动分别与多个所述第一通气孔连通；进气接口，其密封连接在所述筒体的另一端口处，且所述进气接口与所述转桶连通。本发明，实现了适用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流的产生，有利于开展微射流主动流动控制方法研究，具有结构合理、性能优良、运行可靠的有益效果。

Description

用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流发生器

技术领域

本发明涉及高速风洞试验技术领域，更具体的说，本发明涉及用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流发生器。

背景技术

飞速发展的防空系统推动着先进军机朝着高隐身、无人化方向发展。无人作战飞机应运而生，并在高隐身和经济可承受性的需求下，采用超紧凑、高融合的背负式大S弯发动机进气道。然而，剧烈弯曲的进气道会产生强二次流动和分离流动，超短扩压器又限制了二次流动和分离涡的耗散，在进气道出口产生很大的总压损失、总压畸变和旋流畸变，严重影响发动机推力、稳定裕度、耐久性和维护成本。内流组织和管理成为了超紧凑大S弯进气道研制的关键，国外开展了大量的主、被动流动控制技术研究。近二十年来，欧美国家一些研究机构采用微射流的主动流动控制技术，成功抑制了大S弯进气道的流动分离，显著提高了进气道性能和发动机稳定裕度。近年来更是建立了微射流闭环流动控制方法，实现了流量的精确自动调节，研究利用微射流减轻大S弯进气道气流流动的非定常性，显著提高了压气机的稳定裕度。美国微射流流动控制技术成熟度已达到5级。

国内大S弯进气道研究主要集中在型面设计和被动控制方法上，开展了少量的基于附面层抽吸的主动流动控制方法研究，但微射流控制方法研究较少，仍未建立起完善的试验和计算模拟技术，对微射流的控制机理和最佳作用方式掌握不够，需要开展系统的微射流控制研究，并深入分析微射流的控制特性。

要开展微射流主动流动控制方法研究，首要任务是要发展一种结构合理、性能优良、运行可靠的适用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流发生器，以满足开展微射流主动流动控制方法研究的需要。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流发生器，包括电机支架以及设置在所述电机支架上的伺服电机；

用于连接模型的筒体，其一端与所述电机支架固定连接，且所述筒体上横向排布开设有用于与模型连通的多个第一通气孔；

转桶，其可转动的密封连接在所述筒体内，所述转桶与所述伺服电机传动连接，且所述转桶的周壁对称的开设有多组第二通气孔，各组所述第二通气孔通过转动分别与多个所述第一通气孔连通；

进气接口，其密封连接在所述筒体的另一端口处，且所述进气接口与所述转桶连通。

优选的是，其中，所述转桶与所述伺服电机传动连接的方式为：所述转桶的底端中间位置一体成型凸出设置有传动轴，所述传动轴通过联轴器与所述伺服电机的转轴固定连接。

优选的是，其中，所述转桶可转动的密封连接在所述筒体内的方式为：

所述转桶的外壁与所述筒体的内壁抵近，且所述转桶的端部外壁还开设有多个第一密封沟槽；

所述筒体的一端设置有第一密封转动组件，且所述第一密封转动组件与所述传动轴可转动的密封连接；

所述筒体的另一端设置有第二密封转动组件，且所述第二密封转动组件与所述转桶的端部可转动的密封连接。

优选的是，其中，所述第一密封转动组件包括：

所述筒体的一端部内一体成型凸出设置有环形座，所述环形座的一端与所述转桶的底端抵近，所述环形座的另一端同轴心开设有安装槽；

小轴承，其外环嵌合在所述安装槽内，且所述小轴承的内环与所述传动轴固定连接；

小轴承盖，其与所述筒体固定连接，且所述小轴承盖的底端与所述小轴承的外环一侧抵靠，所述小轴承盖的内壁与所述传动轴套设，所述小轴承盖的内壁上还开设有多个第二密封沟槽。

优选的是，其中，所述第二密封转动组件包括：

轴承座，其一端与所述筒体固定连接；

大轴承，其外环嵌合在所述轴承座内，且所述大轴承的内环与所述转桶的端部外壁固定连接；

大轴承盖，其固定连接在所述轴承座的另一端，且所述大轴承盖的底端与所述大轴承的外环一侧抵靠，所述大轴承盖的内壁与所述转桶的端部套设，所述大轴承盖的内壁上还开设有多个第三密封沟槽。

优选的是，其中，所述进气接口密封连接在所述筒体的端口处的方式为：

所述进气接口与所述大轴承盖的顶端固定连接，且所述进气接口与所述大轴承盖之间设置有密封垫，所述密封垫的一端与所述大轴承盖的顶端抵靠，所述密封垫的另一端与所述进气接口抵靠。

优选的是，其中，所述转桶设置为铝合金转桶。

本发明至少包括以下有益效果：

其一、本发明，实现了适用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流的产生，有利于开展微射流主动流动控制方法研究，具有结构合理、性能优良、运行可靠的有益效果。

其二、在本发明中，通过多个第一密封沟槽与筒体内壁配合形成黏性空气膜，将转桶的端部与筒体之间形成密封，防止转桶内的高压气流经转桶与筒体之间的间隙泄漏，同时防止经进气接口注入的高压气流时，进入转桶与筒体之间的间隙内；在传动轴转动时，通过泄漏的高压气流与多个第二密封沟槽配合，在传动轴与多个第二密封沟槽之间形成黏性空气膜，从而保障传动轴与小轴承盖之间的密封性能；通过多个第三密封沟槽在转桶与大轴承盖的内壁之间形成黏性空气膜，从而保障转桶与大轴承盖之间的密封性能，具有保障密封性、保障结构稳定性的有利之处。

其三、在本发明中，通过将转桶设置为铝合金转桶，减轻了转桶的自重降低了转动的惯量，从而减小伺服电机的功率，具有保障运行稳定性、减小功率消耗的有利之处。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的剖视图。

图3为本发明的图2中A处放大示意图。

图4为本发明的第一密封转动组件连接示意图。

图5为本发明的第二密封转动组件连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。需要说明的是，在本发明的描述中，术语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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1示出了本发明的一种实现形式，其中包括电机支架1以及设置在所述电机支架1上的伺服电机2；

用于连接模型的筒体3，其一端与所述电机支架1固定连接，且所述筒体3上横向排布开设有用于与模型8连通的多个第一通气孔31；

转桶4，其可转动的密封连接在所述筒体3内，所述转桶4与所述伺服电机2传动连接，且所述转桶4的周壁对称的开设有多组第二通气孔41，各组所述第二通气孔41通过转动分别与多个所述第一通气孔31连通；

进气接口5，其密封连接在所述筒体3的另一端口处，且所述进气接口5与所述转桶4连通。

工作原理：如图2所示在进行风洞试验时，将筒体3连接在模型8上，且多个第一通气孔31与模型8连通，并将进气接口5与气源接通；在试验过程中，气源通过进气接口5将高压气流持续输送进入转桶4内，而伺服电机2带动转桶4在筒体3内进行转动，使得多组第二通气孔41交替的与多个第一通气孔31进行连通和切断，当任一组第二通气孔41与多个第一通气孔31连通时，高压气流喷射进入模型8，当多组第二通气孔41均与多个第一通气孔31不连通时，则高压气流无法喷射进入模型8；并通过调整伺服电机2的转速，实现调节高压气流喷射进入模型8的频率。在这种技术方案中，实现了适用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流的产生，有利于开展微射流主动流动控制方法研究，具有结构合理、性能优良、运行可靠的有益效果。

如上述方案中，所述转桶4与所述伺服电机2传动连接的方式为：所述转桶4的底端中间位置一体成型凸出设置有传动轴42，所述传动轴42通过联轴器43与所述伺服电机2的转轴固定连接。通过转桶4的底端中间位置一体成型凸出设置的传动轴42，使得伺服电机2对转桶4进行传动时，转桶4能够沿其轴心进行转动，从而保障转桶4在筒体3内转动的平稳性，通过联轴器43将传动轴42与伺服电机2的转轴进行连接，以保障传动轴42与伺服电机2连接的稳定性，保障传动效果。

如上述方案中，所述转桶4可转动的密封连接在所述筒体3内的方式为：

如图3所示，所述转桶4的外壁与所述筒体3的内壁抵近，且所述转桶4的端部外壁还开设有多个第一密封沟槽46；

如图2所示，所述筒体3的一端设置有第一密封转动组件6，且所述第一密封转动组件6与所述传动轴42可转动的密封连接；

所述筒体3的另一端设置有第二密封转动组件7，且所述第二密封转动组件7与所述转桶3的端部可转动的密封连接。

转桶4内径Ф40mm，外径Ф50mm，外圆圆柱度 0.004mm，转桶4与筒体3的间隙为0.034mm 左右；多个第一密封沟槽46设置为有5道半圆形密封沟槽，半圆形密封沟槽直径2mm，间距3mm，密封沟槽处转桶4与筒体3的间隙为0.2mm。

工作原理：通过第一密封转动组件6和第二密封转动组件7，保障转桶4在筒体3内可转动，同时对转桶4与筒体3之间间隙的两端进行密封，防止高压气流从间隙的两端泄漏，从而保障高压气流进入转桶4内经任一组第二通气孔41后，能够与多个第一通气孔31连通后喷射进入模型8；并且在转桶4进行转动时，通过多个第一密封沟槽46与筒体3内壁配合形成黏性空气膜，将转桶4的端部与筒体3之间形成密封，防止转桶4内的高压气流经转桶与筒体3之间的间隙泄漏，同时防止经进气接口5注入的高压气流时，进入转桶4与筒体3之间的间隙内，具有保障试验效果、保障密封性、保障结构稳定性的有利之处。

如上述方案中，所述第一密封转动组件6（如图4所示）包括：

所述筒体3的一端部内一体成型凸出设置有环形座44，所述环形座44的一端与所述转桶4的底端抵近，所述环形座44的另一端同轴心开设有安装槽45；

小轴承61，其外环嵌合在所述安装槽45内，且所述小轴承61的内环与所述传动轴42固定连接；

小轴承盖62，其与所述筒体3固定连接，且所述小轴承盖62的底端与所述小轴承61的外环一侧抵靠，所述小轴承盖62的内壁与所述传动轴42套设，所述小轴承盖62的内壁上还开设有多个第二密封沟槽63。

小轴承盖62与传动轴42的径向间隙为 0.2mm；多个第二密封沟槽63为半圆形密封沟槽，半圆形密封沟槽直径2mm，间距3mm。

工作原理：通过安装槽45限制小轴承61的活动位置，并通过小轴承盖62限制小轴承61在安装槽45内的位置，防止小轴承61脱离安装槽45；通过小轴承61与所述传动轴42连接，保障转桶4的可转动性；通过环形座44与转桶4的底端抵近以及小轴承61和小轴承盖62的配合，在转桶4与筒体3之间间隙的一端形成迷宫结构，减缓高压气流泄漏量，并且在传动轴42转动时，通过泄漏的高压气流与多个第二密封沟槽63配合，在传动轴42与多个第二密封沟槽63之间形成黏性空气膜，从而保障传动轴42与小轴承盖62之间的密封性能，具有保障密封性、保障可转动性、保障结构稳定性的有利之处。

如上述方案中，所述第二密封转动组件7（如图5所示）包括：

轴承座71，其一端与所述筒体3固定连接；

大轴承72，其外环嵌合在所述轴承座71内，且所述大轴承72的内环与所述转桶4的端部外壁固定连接；

大轴承盖73，其固定连接在所述轴承座72的另一端，且所述大轴承盖73的底端与所述大轴承72的外环一侧抵靠，所述大轴承盖73的内壁与所述转桶4的端部套设，所述大轴承盖73的内壁上还开设有多个第三密封沟槽74。

大轴承盖73与转桶4的径向间隙为 0.08～0.12mm；多个第三密封沟槽74为半圆形密封沟槽，半圆形密封沟槽直径 2mm，间距3mm。

工作原理：通过轴承座71限制大轴承72的活动位置，并通过大轴承盖73将大轴承72限制在轴承座71内，防止大轴承72从轴承座71内脱离，通过大轴承72与小轴承61的配合将转桶4可转动的架设在筒体3内，保障转桶4在筒体3内转动的平稳性；通过大轴承盖73的内壁与转桶4的端部套设，以及在大轴承盖73的内壁上开设的多个第三密封沟槽74，使得转桶4在转动时，通过多个第三密封沟槽74在转桶4与大轴承盖73的内壁之间形成黏性空气膜，从而保障转桶4与大轴承盖73之间的密封性能，具有保障密封性、保障结构稳定性的有利之处。

如上述方案中，所述进气接口5密封连接在所述筒体3的端口处的方式为：

所述进气接口5与所述大轴承盖73的顶端固定连接，且所述进气接口5与所述大轴承盖73之间设置有密封垫51，所述密封垫51的一端与所述大轴承盖73的顶端抵靠，所述密封垫51的另一端与所述进气接口5抵靠。进气接口5与转桶4轴向间隙2.5mm，通过进气接口5与大轴承盖73固定连接，保障进气接口5的连接稳定性，通过在进气接口5与大轴承盖73之间设置密封垫51，保障进气接口5与大轴承盖73连接的密封性，从而使得在进气接口5与气源接通后，能够稳定的向转桶4内输送高压气流，具有保障连接稳定性、保障密封性的有利之处。

如上述方案中，所述转桶4设置为铝合金转桶。通过将转桶4设置为铝合金转桶，减轻了转桶4的自重降低了转动的惯量，从而减小伺服电机2的功率，具有保障运行稳定性、减小功率消耗的有利之处。

实施例：

多通道脉冲微射流发生器，结构总长745mm，重约4.5kg。进气接口5通过软管与气源连接，为多通道脉冲微射流发生器提供稳定的喷射气流。转桶4为细长中空结构，长515mm，外径Φ50mm，内径Φ40mm，为降低转动惯量，减小伺服电机2功率，选用的是密度较小的铝合金2A12。转桶4上均匀布置有8排Φ8mm 的第二通气孔41，每排20个，共计160个。筒体为外方内圆结构，长444.5mm，材料为2A12，内径Φ50mm。在筒体3底面布置有20个Φ8mm的第一通气孔31。转桶4两端由大轴承72和小轴承61进行支撑，转桶4通过联轴器43与伺服电机2连接，伺服电机2选用的是日本松下交流伺服电机，其额定转速3000 rpm，最高转4000rpm，额定扭矩2牛˙米，当伺服电机转速3750 rpm时，多通道脉冲微射流发生器即可产生500Hz的脉冲射流。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流发生器，包括电机支架以及设置在所述电机支架上的伺服电机，其特征在于：

用于连接模型的筒体，其一端与所述电机支架固定连接，且所述筒体上横向排布开设有用于与模型连通的多个第一通气孔；

转桶，其可转动的密封连接在所述筒体内，所述转桶与所述伺服电机传动连接，且所述转桶的周壁对称的开设有多组第二通气孔，各组所述第二通气孔通过转动分别与多个所述第一通气孔连通；

进气接口，其密封连接在所述筒体的另一端口处，且所述进气接口与所述转桶连通；

所述转桶与所述伺服电机传动连接的方式为：所述转桶的底端中间位置一体成型凸出设置有传动轴，所述传动轴通过联轴器与所述伺服电机的转轴固定连接；

所述转桶可转动的密封连接在所述筒体内的方式为：

所述转桶的外壁与所述筒体的内壁抵近，且所述转桶的端部外壁还开设有多个第一密封沟槽；

所述筒体的一端设置有第一密封转动组件，且所述第一密封转动组件与所述传动轴可转动的密封连接；

所述筒体的另一端设置有第二密封转动组件，且所述第二密封转动组件与所述转桶的端部可转动的密封连接；

所述第一密封转动组件包括：

所述筒体的一端部内一体成型凸出设置有环形座，所述环形座的一端与所述转桶的底端抵近，所述环形座的另一端同轴心开设有安装槽；

小轴承，其外环嵌合在所述安装槽内，且所述小轴承的内环与所述传动轴固定连接；

小轴承盖，其与所述筒体固定连接，且所述小轴承盖的底端与所述小轴承的外环一侧抵靠，所述小轴承盖的内壁与所述传动轴套设，所述小轴承盖的内壁上还开设有多个第二密封沟槽；

所述第二密封转动组件包括：

轴承座，其一端与所述筒体固定连接；

大轴承，其外环嵌合在所述轴承座内，且所述大轴承的内环与所述转桶的端部外壁固定连接；

大轴承盖，其固定连接在所述轴承座的另一端，且所述大轴承盖的底端与所述大轴承的外环一侧抵靠，所述大轴承盖的内壁与所述转桶的端部套设，所述大轴承盖的内壁上还开设有多个第三密封沟槽。

2.根据权利要求1所述的用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流发生器，其特征在于，所述进气接口密封连接在所述筒体的端口处的方式为：

所述进气接口与所述大轴承盖的顶端固定连接，且所述进气接口与所述大轴承盖之间设置有密封垫，所述密封垫的一端与所述大轴承盖的顶端抵靠，所述密封垫的另一端与所述进气接口抵靠。

3.根据权利要求1所述的用于大S弯进气道流动控制的多通道脉冲微射流发生器，其特征在于，所述转桶设置为铝合金转桶。

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