[發明專利]一種機翼附面層反環量吹除裝置

無效

• 申請號: 200910091071.6
• 申請日: 2009-08-21
• 公開（公告）號: CN101633406A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 高歌;王林林
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C3/00
• 分類號: B64C3/00;B64C3/36;B64C3/28
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種機翼附面層反環量吹除裝置，屬于流體流動分離控制技術領域。

背景技術

附面層分離是由于粘性的存在而造成的一種附面層脫離物體表面的流動分離現象，這一 現象嚴重制約著人類航空、航天、航海等流體力學相關領域的發展。對于飛機來說，無論是 其外形設計還是發動機的壓氣機設計，都受到附面層流動分離現象的不利影響，比如飛機失 速和發動機喘振現象。而人們對于附面層流動控制技術的研究，幾乎早在1904年普朗特提 出了附面層(又稱邊界層)理論的同時就已經開始，并取得了一定的進展。

如圖1所示，為翼型表面的附面層流動分離示意圖，從圖中可以看出，在分離點10 (seperation?point)之前，流動底層11(Boundary?layer?region)的速度逐漸減小，直到分離點10處 的零值，而在分離點10之后，則出現了順時針旋轉的分離漩渦12，傳統的吹氣、吸氣方式 或吹入高速氣流或吸除低速氣流，都是通過增加流動底層11的流動速度。

目前來說，應用于真實飛行的附面層控制技術，多為被動方式，例如旋渦發生器。被動 控制方式具有結構簡單的優點，但同時也存在明顯的不足：被動控制方式只能對某個狀態點 的流動進行改善，無法主動調整以應對復雜多變的飛行狀況。

簡單的開縫吸氣和吹氣控制是比較典型的兩種附面層主動控制方案。吸氣控制的原理是 在分離區開縫，吸除附面層底部的低速氣流以延緩分離。而傳統的吹氣控制則是通過向該區 域吹入高速氣流，加速低速氣流，從而達到延緩或抑制附面層分離的目的。這兩種控制方案 都能夠起到延緩分離的作用，但也同時具有自身的明顯不足。對于吸氣方案來說，吸氣量的 控制要求非常嚴格，吸氣量過大同樣會因吸氣造成的負堵塞效應而使流動在縫隙后經歷更為 嚴峻的局部擴壓過程，造成流動仍有分離的趨勢。而對于單一的吹氣方式，在吹氣量較小的 情況下，控制效果并不明顯，而一味的增加吹氣量，勢必降低發動機的效率。

除了傳統的吸氣、吹氣控制方案，還有多縫吸氣、多縫吹氣、震蕩吹氣、電磁控制等方 案，這些方案都具有自身的優缺點。多縫吹氣可以降低對吹氣耗能的需求，但沿機翼的多條 開縫勢必降低機翼的結構強度。震蕩吹氣的原理是利用具有一定震蕩頻率的脈沖氣流去吹除 附面層，研究報告稱利用這種方式可以得較好的控制效果，而對其機理卻并無明確定論，較 為一致的觀點是合適的震蕩頻率能夠和流場內的分離漩渦“共振”，改變其流動特征，從而起 到改善流場狀況的作用。從其原理可以看出，要找出這一合適頻率顯然并不簡單，同時，在 不合適的情況下也可能帶來不利影響。而對于電磁控制方案，其原理是采用磁致伸縮材料做 機翼，然后可以主動加載磁場，從而可以依據流場狀況調整機翼的外形，改善繞機翼的流動。 該方法的優點是具有相當大的主動控制能力，但缺點也很明顯，需要設置大量的傳感器以判 定機翼每個部分的流場狀態，從而才能進行相應的調整。

正是由于每種主動控制方案都有自身難以克服的缺點，因此附面層主動控制技術在實際 飛行中鮮有采用，同時需要指出的是，以上各種方案，甚至在基本原理方面，也未有大的突 破，吹、吸氣方案仍是停留在加速粘性底層的思想上，震蕩吹氣方案原理未明，而電磁控制 其本質仍是改變機翼彎度、厚度等被動控制的思想，是一種試圖采用先進的技術來破解附面 層控制難題的方法，但受制于目前的技術水平，尚難以在真實飛行中見效。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種機翼附面層反環量吹除裝置，利用逆時針 旋轉的旋流器，制造出與分離漩渦相反的旋轉流動，去削弱、抵消流動分離漩渦；同時，吹 出的高速氣流也增加了底層的流動速度，兩者并用，更好的消除流動分離。

本發明的一種機翼附面層反環量吹除裝置，在機翼表面開有吹氣縫，裝置包括吹氣通道、 旋流器和密封連接平臺；

所述的吹氣縫位于整個飛機在飛行中所需的最大迎角時流動分離點的位置或在最大迎角 時的流動分離點之前；

吹氣通道為曲面形狀，包括圓弧面和曲面，圓弧面的內徑與旋流器內徑相同，圓弧面的 兩端連接兩個曲面，圓弧面位于曲面的下方，曲面一端光滑連接圓弧面，另一端連接吹氣縫， 并且與機翼表面相切，相切處做倒角處理，為光滑過渡；所述的吹氣通道為一個倒著的“，” 逗號形狀；曲面沿機翼展向為直線或者彎曲由機翼沿展向的變化決定；吹氣通道的出氣口即 為吹氣縫；