CN116923688B - 一种射流环量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射流环量控制装置，涉及环量控制技术领域，包括设置机翼内部的射流环量主体、设置在机翼尾缘处的射流出口、以及设置在机翼尾缘处使射流出口处的气流发生偏转的科恩达型面，射流环量主体与射流出口连通，科恩达型面位于射流出口下方，位于科恩达型面下方的机翼尾缘上设置有射流吸气口，机翼内部设置有用于连通射流吸气口与射流环量主体的管道回收系统；本发明设计合理，该装置由于同时采用了吹气和吸气两种方式，不仅能回收多余的高能气流，还能通过射流出口的吸气抑制射流的分离，改善射流对外流“裹挟”效果，提高射流环量控制效率。

Description

一种射流环量控制装置

技术领域

本发明涉及环量控制技术领域，更具体的是涉及射流环量控制装置技术领域。

背景技术

射流环量飞行控制技术是一种新型的气动控制技术，可以取代传统机械控制舵面，在飞行器气动/隐身/控制/结构一体化设计方面取得巨大收益，实现飞行器综合性能跃升，带来飞机设计的革命性变化。射流环量飞行控制的工作原理是通过驱动压缩空气（引自发动机或机载压气机）沿着弯曲的柯恩达表面切线方向喷出，在柯恩达效应作用下，射流发生偏转并在柯恩达型面上，诱导机翼尾缘气流偏转，同时在高速射流裹挟自由流中的流体围绕柯恩达流动，导致翼型尾缘分离点和前缘驻点位置发生变化，改变机翼表面压力分布，获得飞机控制所需的操纵力和力矩。

柯恩达效应描述了流体沿凸面（通常为圆形）切向流动的行为，当射流内的压力梯度与射流弯曲表面流动所需的离心力保持平衡，高速射流就会附着在曲面上流动，射流方向甚至会改变180°。对于钝尾缘翼型而言，尾缘分离点并不是唯一，可以通过环量控制技术，利用柯恩达效应来控制分离点并改变环量。

然而，在高亚声速甚至是跨声速自由流条件下，射流和外部自由流速度差异变小，射流对自由流“裹挟”效果变差，导致射流环量控制效率下降。外部自由流速度的提高也降低了射流出口平面的局部静压，影响柯恩达射流的附着流动特性。为了提高射流环量控制技术在高亚声速条件下的控制效率，增加空气压力比（即射流总压和来流静压的比）和利用柯恩达效应在控制分离点并改善环量是唯一的途径。但是，由于为传统的射流环量控制技术提供压缩空气的发动机或机载压气机供气能力有限，换发更大流量的发动机和机载压气机对飞机的结构完整性和轻量化都有一定破坏。因此需要更加高效的射流环量控制方法。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有射流环量控制技术提供压缩空气的发动机或机载压气机供气能力有限，在不改变现有发动机或机载压气机的前提下，如何提高射流环量控制技术在高亚声速条件下的控制效率的技术问题，本发明提供一种射流环量控制装置。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

本发明提供一种射流环量控制装置，包括设置机翼内部的射流环量主体、设置在机翼尾缘处的射流出口、以及设置在机翼尾缘处使射流出口处的气流发生偏转的科恩达型面，射流环量主体与射流出口连通，科恩达型面位于射流出口下方，位于科恩达型面下方的机翼尾缘上设置有射流吸气口，机翼内部设置有用于连通射流吸气口与射流环量主体的管道回收系统。

具体来说，本方案中，机翼的环量控制是通过在机翼翼面上靠近后缘位置开射流孔，在翼型内部空腔形成高压气流并通过射流孔沿着科恩达型面切向产生射流，射流与外部自由流流混合后沿着弯曲的科恩达型面（圆形后缘表面）形成附壁效应。

射流环量主体为射流环量控制装置供给所需气流，高能气流通过射流出口喷出高能气流，在机翼尾缘的柯恩达型面处发生偏转。偏转后的高能气流到达机翼尾缘下方射流吸气口后，多余的高能气流通过射流吸气口流经管道回收系统后，将被回收到射流环量主体中。回收后的高能气流会与射流环量主体输出的低能气流相互掺混，从而增加射流出口处的气流能量，从而提高射流的效能。此种射流环量控制方式，由于同时采用了吹气和吸气两种方式，不仅能回收多余的高能气流，还能通过射流出口的吸气抑制射流的分离，改善射流对外流“裹挟”效果，提高射流环量控制效率。

回收后的高能气流提高了射流出口的气流速度，也提高了射流出口平面的局部静压，与常规射流环量控制装置相比，改善了柯恩达射流的附着流动特性。

在不改变现有气源供给的基础上，通过管道回收系统回收高能气流实现射流环量控制装置的高压比能量输入，可以解决超声速射流或高亚声速射流在柯恩达型面上激波边界层干扰分离控制的难题，扩大射流在柯恩达型面上保持附着流动的压力比范围，通过提高射流的能量密度，突破环量控制技术的速度瓶颈。

通过射流吸气口回收多余的高能气流，降低了射流环量主体的供气压力，有利于减小射流环量主体的重量和尺寸。

在一个实施方式中，射流出口、科恩达型面以及射流吸气口均沿机翼尾缘处长度方向布置。

在一个实施方式中，射流出口、科恩达型面以及射流吸气口三者沿机翼尾缘处长度方向的延伸长度相等且三者两端对齐。

在一个实施方式中，管道回收系统包括多条设置在机翼内的回收管道，各回收管道的一端与射流环量主体内部连通，各回收管道的另一端与射流吸气口连通。

在一个实施方式中，多条回收管道等间距并列设置在射流环量主体底部的机翼内。

在一个实施方式中，回收管道的直径沿气流回流方向逐步增大。

在一个实施方式中，射流环量主体包括依次连通的气源、混合腔以及高压腔，高压腔与射流出口连通，混合腔的体积大于高压腔的体积，各回收管道的一端与混合腔内部连通，各回收管道的另一端与射流吸气口连通。

具体来说，气源用于为射流环量控制装置供给所需气流，气流流经高压腔后通过射流出口喷出高能气流，在机翼尾缘的柯恩达型面处发生偏转。偏转后的高能气流到达机翼尾缘下方射流吸气口后，多余的高能气流通过射流吸气口流经射流回收管道后，将被回收到位于高压腔和气源之间的混合腔中。回收后的高能气流会与气源输出的低能气流相互掺混，从而增加射流出口处的气流能量，从而提高射流的效能。此种射流环量控制方式，由于同时采用了吹气和吸气两种方式，不仅能回收多余的气流，还能通过射流出口的吸气抑制射流的分离，改善射流对外流“裹挟”效果，提高射流环量控制效率。

在一个实施方式中，气源的数量为多个，混合腔上设置多个与多个气源通过管道一一配合的进气口，多个进气口等间隔设置在混合腔的一侧壁上。

具体来说，多个气源以及多个进气口的设置使得气源的低压气体更均匀的进入混合腔。

在一个实施方式中，高压腔靠近机翼尾缘一端设置有与外部连通的出气口，科恩达型面为位于出气口内底部且向上凸起的弧面，射流出口为出气口上壁与科恩达型面之间的间隙。

科恩达型面处的柯恩达效应，描述了流体沿凸面（通常为圆形）切向流动的行为，当射流内的压力梯度与射流弯曲表面流动所需的离心力保持平衡，高速射流就会附着在曲面上流动，射流方向甚至会改变180°。对于钝尾缘翼型而言，尾缘分离点并不是唯一，可以通过环量控制技术，利用柯恩达效应来控制分离点并改变环量。

在一个实施方式中，射流环量主体、科恩达型面以及管道回收系统的材质均为金属材质。

本发明的有益效果如下：

1、本发明设计合理，通过吹气和吸气同时进行，不仅可以抑制流经柯恩达型面的射流的流动分离，改善射流对外流“裹挟”效果，提高控制效率；还可以通过吸气回收气流，提高气流的利用效率。

2、本发明通过对吸气管道对气流的回收，回收的气流在混合腔与气源供给的气流混合后，提高了射流出口处气流的速度和能量，可提高射流环量控制装置的效能。

3、本发明通过回收的气流与外部来流混合，可以降低射流环量控制装置对气源的供气压力，可有效降低气源的结构和重量大小。

附图说明

图1是本发明一种射流环量控制装置的结构示意图；

图2是图1的局部结构示意图；

图3是图1的立体图；

附图标记：1-回收管道，2-射流吸气口，3-科恩达型面，4-射流出口，5-高压腔，6-混合腔，7-气源，8-机翼。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而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。

实施例1

如图1到图3所示，本实施例提供本发明提供一种射流环量控制装置，包括设置机翼8内部的射流环量主体、设置在机翼8尾缘处的射流出口4、以及设置在机翼8尾缘处使射流出口4处的气流发生偏转的科恩达型面3，射流环量主体与射流出口4连通，科恩达型面3位于射流出口4下方，位于科恩达型面3下方的机翼8尾缘上设置有射流吸气口2，机翼8内部设置有用于连通射流吸气口2与射流环量主体的管道回收系统。

具体来说，本方案中，机翼8的环量控制是通过在机翼8翼面上靠近后缘位置开射流孔，在翼型内部空腔形成高压气流并通过射流孔沿着科恩达型面3切向产生射流，射流与外部自由流流混合后沿着弯曲的科恩达型面3（圆形后缘表面）形成附壁效应。

射流环量主体为射流环量控制装置供给所需气流，高能气流通过射流出口4喷出高能气流，在机翼8尾缘的柯恩达型面处发生偏转。偏转后的高能气流到达机翼8尾缘下方射流吸气口2后，多余的高能气流通过射流吸气口2流经管道回收系统后，将被回收到射流环量主体中。回收后的高能气流会与射流环量主体输出的低能气流相互掺混，从而增加射流出口4处的气流能量，从而提高射流的效能。此种射流环量控制方式，由于同时采用了吹气和吸气两种方式，不仅能回收多余的高能气流，还能通过射流出口4的吸气抑制射流的分离，改善射流对外流“裹挟”效果，提高射流环量控制效率。

回收后的高能气流提高了射流出口4的气流速度，也提高了射流出口4平面的局部静压，与常规射流环量控制装置相比，改善了柯恩达射流的附着流动特性。

在不改变现有气源7供给的基础上，通过管道回收系统回收高能气流实现射流环量控制装置的高压比能量输入，可以解决超声速射流或高亚声速射流在柯恩达型面上激波边界层干扰分离控制的难题，扩大射流在柯恩达型面上保持附着流动的压力比范围，通过提高射流的能量密度，突破环量控制技术的速度瓶颈。

通过射流吸气口2回收多余的高能气流，降低了射流环量主体的供气压力，有利于减小射流环量主体的重量和尺寸。

实施例2

本实施是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：

射流出口4、科恩达型面3以及射流吸气口2均沿机翼8尾缘处长度方向布置。

射流出口4、科恩达型面3以及射流吸气口2三者沿机翼8尾缘处长度方向的延伸长度相等且三者两端对齐。

管道回收系统包括多条设置在机翼8内的回收管道1，各回收管道1的一端与射流环量主体内部连通，各回收管道1的另一端与射流吸气口2连通。

多条回收管道1等间距并列设置在射流环量主体底部的机翼8内。

回收管道1的直径沿气流回流方向逐步增大。

实施例3

本实施是在实施例2的基础上做了进一步优化，具体是：

射流环量主体包括依次连通的气源7、混合腔6以及高压腔5，高压腔5与射流出口4连通，混合腔6的体积大于高压腔5的体积，各回收管道1的一端与混合腔6内部连通，各回收管道1的另一端与射流吸气口2连通。

具体来说，气源7用于为射流环量控制装置供给所需气流，气流流经高压腔5后通过射流出口4喷出高能气流，在机翼8尾缘的柯恩达型面处发生偏转。偏转后的高能气流到达机翼8尾缘下方射流吸气口2后，多余的高能气流通过射流吸气口2流经射流回收管道1后，将被回收到位于高压腔5和气源7之间的混合腔6中。回收后的高能气流会与气源7输出的低能气流相互掺混，从而增加射流出口4处的气流能量，从而提高射流的效能。此种射流环量控制方式，由于同时采用了吹气和吸气两种方式，不仅能回收多余的气流，还能通过射流出口4的吸气抑制射流的分离，改善射流对外流“裹挟”效果，提高射流环量控制效率。

实施例4

本实施是在实施例3的基础上做了进一步优化，具体是：

气源7的数量为多个，混合腔6上设置多个与多个气源7通过管道一一配合的进气口，多个进气口等间隔设置在混合腔6的一侧壁上。

具体来说，多个气源7以及多个进气口的设置使得气源7的低压气体更均匀的进入混合腔6。

高压腔5靠近机翼8尾缘一端设置有与外部连通的出气口，科恩达型面3为位于出气口内底部且向上凸起的弧面，射流出口4为出气口上壁与科恩达型面3之间的间隙。

具体来说，科恩达型面3处的柯恩达效应，描述了流体沿凸面（通常为圆形）切向流动的行为，当射流内的压力梯度与射流弯曲表面流动所需的离心力保持平衡，高速射流就会附着在曲面上流动，射流方向甚至会改变180°。对于钝尾缘翼型而言，尾缘分离点并不是唯一，可以通过环量控制技术，利用柯恩达效应来控制分离点并改变环量。

射流环量主体、科恩达型面3以及管道回收系统的材质均为金属材质。

Claims (6)

1.一种射流环量控制装置，其特征在于，包括设置机翼（8）内部的射流环量主体、设置在所述机翼（8）尾缘处的射流出口（4）、以及设置在所述机翼（8）尾缘处使所述射流出口（4）处的气流发生偏转的科恩达型面（3），所述射流环量主体与所述射流出口（4）连通，所述科恩达型面（3）位于所述射流出口（4）下方，位于所述科恩达型面（3）下方的所述机翼（8）尾缘上设置有射流吸气口（2），所述机翼（8）内部设置有用于连通所述射流吸气口（2）与所述射流环量主体的管道回收系统；

所述管道回收系统包括多条设置在所述机翼（8）内的回收管道（1），各所述回收管道（1）的一端与所述射流环量主体内部连通，各所述回收管道（1）的另一端与所述射流吸气口（2）连通；

多条所述回收管道（1）等间距并列设置在所述射流环量主体底部的所述机翼（8）内；

所述回收管道（1）的直径沿气流回流方向逐步增大；

所述射流环量主体包括依次连通的气源（7）、混合腔（6）以及高压腔（5），所述高压腔（5）与所述射流出口（4）连通，所述混合腔（6）的体积大于所述高压腔（5）的体积，各所述回收管道（1）的一端与所述混合腔（6）内部连通，各所述回收管道（1）的另一端与所述射流吸气口（2）连通。

2.根据权利要求1所述的一种射流环量控制装置，其特征在于，所述射流出口（4）、所述科恩达型面（3）、所述射流吸气口（2）均沿所述机翼（8）尾缘处长度方向布置。

3.根据权利要求2所述的一种射流环量控制装置，其特征在于，所述射流出口（4）、所述科恩达型面（3）、所述射流吸气口（2）三者沿所述机翼（8）尾缘处长度方向的延伸长度相等且三者两端对齐。

4.根据权利要求1所述的一种射流环量控制装置，其特征在于，所述气源（7）的数量为多个，所述混合腔（6）上设置多个与多个所述气源（7）通过管道一一配合的进气口，多个所述进气口等间隔设置在所述混合腔（6）的一侧壁上。

5.根据权利要求4所述的一种射流环量控制装置，其特征在于，所述高压腔（5）靠近所述机翼（8）尾缘一端设置有与外部连通的出气口，所述科恩达型面（3）为位于所述出气口内底部且向上凸起的弧面，所述射流出口（4）为所述出气口上壁与所述科恩达型面（3）之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的一种射流环量控制装置，其特征在于，所述射流环量主体、所述科恩达型面（3）以及所述管道回收系统的材质均为金属材质。