CN207257964U - 双向主动控制上游流体激励装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于流体激励装置领域，公开了双向主动控制上游流体激励装置。该流体激励装置包括机翼和设置在机翼上的进气孔、出气孔、密闭空气室和气体输送驱动装置；进气孔设置在机翼上表面的前缘区域内，出气孔设置在机翼上表面或/和下表面的后缘区域内，密闭空气室和气体输送驱动装置均设置在机翼内部并且相互连接形成气体通道，气流通过气体输送驱动装置从进气孔的上游端吸入，通过气体通道由出气孔喷出。该流体激励装置实际应用到独立实体的翼型上，同时尝试槽吸和闭环控制的结合，用来提供升力减少阻力，结构简单，能够实现工业化生产。

Description

双向主动控制上游流体激励装置

技术领域

本实用新型涉及流体激励装置，特别涉及双向主动控制上游流体激励装置。

背景技术

通过稳定抽吸来延迟流动分离最早开始于1904年，当普兰特尔(Prandtl)展示边界层理论时，通过位于圆柱体表面上的狭窄吸入槽去除边界层的旋转流动，从而在大部分圆柱体表面上保持附着的流动。Ackeret，Betz&Schrenk将这个想法应用于Joukowski型的厚翼型，通过抽吸的流动来延迟分离从而减小其阻力，并且也被Lachmann引用。这种槽抽吸的方法被用于不同的翼型和不同的襟翼，以增强升力，但是所涉及的吸入量太高(1％<C_Q<3％)，并不能普及到实际应用。即使表面槽抽吸和多槽抽吸仍然被认为对在高雷诺数下保持层流是有价值的方法，但为减少高速下的阻力而变薄的翼型，使得为除去低压外部流体所需的内部较大的管道应用更加受限。边界层分离的多种流动控制方法已经使用了一个多世纪，为了补救边界层分离，表面槽抽吸法是从零开始抽吸并逐渐增加，直到流动重新附着表面，这相比于恒定流吹能够节省大量的能量，然而，通过重定向分离的流内部的继承能量来最小化能量输入的领域是未能涉及，Nishri证明通过槽引入周期性激励(没有净质量流量)可以迫使已偏转的襟翼上的分离流重新附着表面，在他的实验中，流动状态的非常敏感的指示器是压力中心X_CP，当流被分离时，X_CP在襟翼大约中间的位置摆动，而当流被重新附着时移动到更靠近前缘。

使用闭环控制策略进一步减小了这种槽抽控制方法所需的能量，并实验证实了其在能量节约方面的有用性，通过连续监测流量和控制吸入参数，可以在最低可能的干预水平下保持附着的流量条件，并安全地进行控制。这种现象之前从未在作为实际应用的独立实体的翼型上进行试验，表面槽抽吸法也从来没有在这种情况下作为主要控制方法实验过，这些在获得对表面槽抽吸法物理学理解的基础上的新的发现，并在大量实验基础上，衍生了一种节能、有效的流体控制方法，本实用新型提供了双向主动控制上游流体激励装置，该装置将槽抽吸法应用到独立实体的机翼上，用来提供升力减少阻力。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了双向主动控制上游流体激励装置，该装置将槽抽吸法应用到独立实体的机翼上，提高空气动力升力系数同时减小阻力系数，并且能够增加更多的机翼/叶片附近流场环量。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

双向主动控制上游流体激励装置，包括机翼和设置在机翼上的进气孔、出气孔、密闭空气室和气体输送驱动装置；进气孔设置在机翼上表面的前缘区域内，出气孔设置在机翼上表面或/和下表面的后缘区域内，密闭空气室和气体输送驱动装置均设置在机翼内部并且相互连接形成气体通道，气流通过气体输送驱动装置从进气孔的上游端吸入，通过气体通道由出气孔喷出。

本实用新型提供的流体激励装置，其机翼/叶片前缘流体的抽吸，增加了机翼/叶片附近流场的环量，从而提高空气动力升力系数。当机翼/叶片内的空气从后缘的出气孔鼓出时，在一定的雷诺数范围内，吹出的气流在机翼/叶片表面形成负压，从而使表面气流贴合面积更大，缩小尾流，从而提高空气动力升力系数，同时减小阻力系数。

密闭空气室可以位于机翼前缘区域内，并且同时与进气孔和气体输送驱动装置连接。

密闭空气室也可以位于机翼后缘区域内，并且同时与出气孔和气体输送驱动装置连接。

另外，密闭空气室还可以分别位于机翼前缘区域和后缘区域内，位于机翼前缘区域内的密闭空气室同时与进气孔和气体输送驱动装置连接，位于后缘区域内的密闭空气室同时与出气孔和气体输送驱动装置连接。

本实用新型用密闭空气室代替数量繁多的管道与出气孔或/和进气孔相通，减小了管道内的空气阻力，使得吸力和吹力更强劲，空气动力控制方法更有效，同时因密闭空气室通道截面积比各个管道的截面积大得多，大大降低了污物阻塞管道的概率。

本实用新型提供的流体激励装置还包括设置在机翼后缘区域的襟翼，出气孔设置在襟翼上表面的前缘区域内。

如果装置不设置襟翼，出气孔设置在机翼上表面或/和下表面的后缘区域内，如果在机翼后缘区域内设置襟翼，那么出气孔设置在襟翼上表面的前缘区域内。

本实用新型提供的流体激励装置，进气孔的数量至少为一个，具体个数没有限制，多个进气孔是在机翼上表面的前缘区域内沿翼展方向阵列排布；出气孔的数量至少为一个，出气孔的个数也没有限制，多个出气孔在机翼上或下表面的后缘区域内沿着翼展方向阵列设置。

进气孔和出气孔的形状没有具体限制，优选地，进气孔和出气孔的形状为圆形、椭圆形、正方形或矩形。

优选地，气体输送驱动装置为泵，泵类型为离心式、轴流式或混合型。

本实用新型提供的气体输送驱动装置由闭路控制系统调节，闭路控制系统的输入信号为压力信号。

本实用新型提供的流体激励系统的进气孔的外表面一侧设置格栅，以防止昆虫、树叶等被吸入叶片/机翼内部。

流体激励装置还包括设置在叶片/机翼内部的清除污物系统，该系统是通过气体输送驱动装置的反向驱动而产生的从进气孔向外的吹力来实现的。

本实用新型提供了双向主动控制上游流体激励装置，该装置能够实现气流通过气体输送驱动装置从进气孔的上游端吸入，进入气体通道由出气孔喷出。与现有技术相比，本实用新型存在以下优点：(一)表面槽抽吸法是流体力学实验中一种常用的控制方法，但从未在作为实际应用的独立实体的翼型上同时尝试槽吸和闭环控制的结合，本实用新型是在独立的机翼/叶片前缘使用闭环控制下的表面槽抽吸的主动控制方法。闭环控制的压力感应器是机翼/叶片的压力中心；(二)其机翼/叶片前缘流体的抽吸，增加了机翼/叶片附近流场的环量，从而提高空气动力升力系数。当机翼/叶片内的空气从后缘的出气孔鼓出时，在一定的雷诺数范围内，吹出的气流在机翼/叶片表面形成负压，从而使表面气流贴合面积更大，缩小尾流，从而提高空气动力升力系数，同时减小阻力系数；(三)本实用新型用密闭空气室代替数量繁多的管道与出气孔或/和进气孔相通，减小了管道内的空气阻力，使得吸力和吹力更强劲，空气动力控制方法更有效，同时因密闭空气室通道截面积比各个管道的截面积大得多，大大降低了污物阻塞管道的概率。(四)现有技术的空气动力主动控制方法主要用在襟翼上，以改变机翼后缘附近的流场，而本实用新型的机翼/叶片前缘的抽吸和后缘的鼓吹组合是前所未有的，前缘的抽吸和后缘的鼓吹在对机翼表面的流场影响上各自独立，前缘的抽吸目的在控制机翼/叶片外围流场的环量，从而增加升力系数，而后缘的鼓吹主要是控制机翼/叶片后半部流体的表面附着程度，减小尾流宽度，从而减小阻力系数，同时对升力系数的提高做贡献，两种控制方法的结合不仅加倍抽吸和鼓吹的控制效益，更解决了两者单独使用时面临的气流排放和来源的问题。

附图说明

图1为本实用新型所提供的双向主动控制上游流体激励装置的截面图；

图2为本实用新型所提供的带有襟翼的机翼的上游流体激励装置的截面图；

图3为本实用新型提供的密闭空气室位于机翼前缘区域内的流体激励装置的立体结构示意图；

图4为本实用新型提供的密闭空气室位于机翼后缘区域内的流体激励装置的立体结构示意图；

图5为本实用新型提供的密闭空气室位于机翼前缘和后缘区域内的流体激励装置的立体结构示意图。

具体实施方式

本实用新型公开了双向主动控制上游流体激励装置，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进装置零部件来实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本实用新型当中。本实用新型的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本实用新型内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本实用新型技术。

双向主动控制上游流体激励装置，包括机翼Y和设置在机翼Y上的进气孔1、出气孔5、密闭空气室(21、22)和气体输送驱动装置3；进气孔1设置在机翼上表面的前缘区域内，出气孔5设置在机翼上表面或/和下表面的后缘区域内，密闭空气室(21、22)和气体输送驱动装置3均设置在机翼内部并且相互连接形成气体通道，气流通过气体输送驱动装置3从进气孔1的上游端吸入，通过气体通道由出气孔5喷出。

如图3所示，在一种实施方式中，密闭空气室21可以位于机翼前缘区域内，并且同时与进气孔1和气体输送驱动装置3连接。

如图4所示，在另外一种实施方式中，密闭空气室22也可以位于机翼后缘区域内，并且同时与出气孔5和气体输送驱动装置3连接。

另外，如图5所示，密闭空气室还可以分别位于机翼前缘区域和后缘区域内，位于机翼前缘区域内的密闭空气室21同时与进气孔1和气体输送驱动装置3连接，位于后缘区域内的密闭空气室22同时与出气孔5和气体输送驱动装置3连接。

本实用新型提供的流体激励装置还包括设置在机翼后缘区域的襟翼6，出气孔5设置在襟翼6上表面的前缘区域内。

如果装置不设置襟翼6，出气孔5设置在机翼Y的上表面或/和下表面的后缘区域内，如果在机翼Y后缘区域内设置襟翼6，那么出气孔5设置在襟翼6上表面的前缘区域内。

本实用新型提供的流体激励装置，进气孔1的数量至少为一个，具体个数没有限制，多个进气孔1是在机翼上表面的前缘区域内沿翼展方向(Y-K)阵列排布；出气孔5的个数至少为一个，出气孔的个数也没有限制，多个出气孔5在机翼上或/和下表面的后缘区域内沿着翼展方向(Y-K)阵列设置。

在一种具体的实施方式中，进气孔1和出气孔5的形状设置成圆形、椭圆形、正方形或矩形；进气孔的外表面一侧设置格栅。

在另外一种优选的实施方式中，气体输送驱动装置3为泵，泵类型为离心式、轴流式或混合型；气体输送驱动装置由闭路控制系统调节，闭路控制系统的输入信号为压力信号。

本实用新型提供的用于机翼/叶片的流体激励装置在工作时，机翼/叶片上的压力传感器信号经闭路控制系统输出信号到泵控制系统，泵3输出合适的马力，把机翼/叶片外部的空气通过机翼前缘区域的进气孔1吸入，经过机翼/叶片前缘的密闭空气室21，然后汇总到泵3，泵3连接到机翼/叶片后缘的密闭空气室22，最后通过机翼后缘或者襟翼前缘区域的出气孔5鼓出。

根据实际需求，可以反向驱动气体输送驱动装置，将气流从出气孔吸入，经由气体通道最后从吸气孔鼓出。

气体输送驱动装置的反向驱动而产生的从进气孔向外的吹力可以实现叶片/机翼内部的污物的清除。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.双向主动控制上游流体激励装置，其特征在于：包括机翼和设置在机翼上的进气孔、出气孔、密闭空气室和气体输送驱动装置；进气孔设置在机翼上表面的前缘区域内，出气孔设置在机翼上表面或/和下表面的后缘区域内，密闭空气室和气体输送驱动装置均设置在机翼内部并且相互连接形成气体通道，气流通过气体输送驱动装置从进气孔的上游端吸入，通过气体通道由出气孔喷出。

2.如权利要求1所述的流体激励装置，其特征在于：密闭空气室位于机翼前缘区域内，并且同时与进气孔和气体输送驱动装置连接。

3.如权利要求1所述的流体激励装置，其特征在于：密闭空气室位于机翼后缘区域内，并且同时与出气孔和气体输送驱动装置连接。

4.如权利要求1所述的流体激励装置，其特征在于：密闭空气室分别位于机翼前缘区域和后缘区域内，位于机翼前缘区域内的密闭空气室同时与进气孔和气体输送驱动装置连接，位于后缘区域内的密闭空气室同时与出气孔和气体输送驱动装置连接。

5.如权利要求1所述的流体激励装置，其特征在于：流体激励装置还包括设置在机翼后缘区域的襟翼，出气孔设置在襟翼上表面的前缘区域内。

6.如权利要求1所述的流体激励装置，其特征在于：进气孔的数量至少为一个，并且沿翼展方向阵列设置；出气孔的数量至少为一个，并且沿着翼展方向阵列设置。

7.如权利要求1或6所述的流体激励装置，其特征在于：进气孔和出气孔的形状为圆形、椭圆形、正方形或矩形。

8.如权利要求1所述的流体激励装置，其特征在于：气体输送驱动装置为泵，泵类型为离心式、轴流式或混合型。

9.如权利要求1所述的流体激励装置，其特征在于：气体输送驱动装置由闭路控制系统调节，闭路控制系统的输入信号为压力信号。

10.如权利要求1所述的流体激励装置，其特征在于：进气孔的外表面一侧设置格栅。