[發(fā)明專利]一種剪切層流動控制方法

無效

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• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102436181A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設計）人: 楊武兵;沈清;王強
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發(fā)明屬于流動控制技術領域，用于實現(xiàn)剪切層流動的精確控制。

背景技術

大尺度結構是剪切層中最本質特征，主導其動力學過程。與剪切層相關的應用很多，不同時候，對剪切層有不同的要求。例如，超燃沖壓發(fā)動機要求增強混合，需要剪切層渦卷快速群并。而在氣動光學窗口中，要求削弱氣動光學效應；在發(fā)動機尾噴管附近，群并渦卷是最主要的噪聲源；這都需剪切層渦卷以撕裂方式演化實現(xiàn)混合抑制。

剪切層對外部擾動十分敏感，為剪切層控制提供了一種思路。這種思路的核心在于外部擾動通過感受性在剪切層中快速猝發(fā)相應的大尺度結構，“這些大尺度結構隨外部擾動而變”，因而通過控制外部擾動可實現(xiàn)剪切層流動控制。

用擾動來控制剪切層有兩類方法：一類是被動控制方法，一類是主動控制方法。一種最主要的被動控制方法是在剪切層隔板上粘貼薄片，如圖1所示，當來流流過這些薄片，根據(jù)薄片的幾何特征尺度感受出對應頻率的擾動波。矩形薄片引入二維擾動，三角形薄片引入三維擾動；薄片為突起物，通過流動感受性感受出某種擾動，該擾動的頻率從三角形的高度感受出，擾動的幅值從薄片的厚度感受出。另一種被動控制方法是利用反饋機制，例如對于凹腔流動，聲波從下游角點反射回上游角點，對來流流動產生擾動，通過設計凹腔長度，可使這一擾動產生具有某一頻率的擾動波。主動控制方法比被動控制方法復雜，但更為有效，如在剪切層隔板后緣加裝類似拍翼的裝置，通過機械運動引入擾動，并獲得某種頻率的擾動。但是，上述方法均只利用到擾動的頻率特性，因而，一般只能獲得混合增強效果，并不能滿足各種需求，如對于混合抑制的要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有剪切層流動控制方法的缺陷，提供一種實現(xiàn)簡單、可同時模擬擾動頻率和相位的剪切層流動控制方法。

本發(fā)明包括如下技術方案：

一種剪切層流動控制方法，用于控制剪切層基頻渦卷的演化形式，包括如下步驟：

(1)對剪切層流動進行線性穩(wěn)定性分析，獲得剪切層最不穩(wěn)定波的波數(shù)，即基頻擾動波的波數(shù)α₁；

(2)根據(jù)所要產生的渦卷演化形式，確定基頻擾動波與亞諧擾動波的相差Δφ；

(3)利用交流電信號來模擬基頻擾動波與亞諧擾動波，該交流電信號對電阻加熱，進而加熱氣流，通過對交流電信號的幅度、相位、頻率的控制實現(xiàn)流動的精確控制。

剪切層基頻渦卷的演化形式包括撕裂、中心對稱群并和非對稱群并，控制流動以哪種方式演化取決于基頻擾動波與亞諧擾動波的相差。

基頻擾動波記為f₁＝A₁cos(α₁t+φ₁)，亞諧擾動波記為f_m＝A_mcos(α_mt+φ_m)，其中α_m＝α₁/m，m為大于等于2的整數(shù)；任意選定φ₁，根據(jù)步驟(2)確定的相差Δφ確定出φ_m；交流電信號由兩個余弦交流電信號合成；第一個交流電信號記為u₁＝U₁cos(ω₁t+θ₁)，令ω₁＝α₁，θ₁＝φ₁，引入基頻擾動波；第二個交流電信號記為u₂＝U₂cos(ω₂t+θ₂)，令ω₂＝α_m，θ₂＝φ_m，引入亞諧擾動波；其中，U₁，U₂，ω₁、ω₂，θ₁與θ₂都是可控參數(shù)，通過對它們的控制可獲得所需的擾動信號，從而實現(xiàn)流動的精確控制。

當基頻擾動波與亞諧擾動波的相差Δφ＝2nπ/m時，剪切層基頻渦卷以中心對稱群并方式演化；當Δφ＝(2n+1)π/m時，剪切層基頻渦卷以撕裂方式演化；當2nπ/m＜Δφ＜(2n+1)π/m時，剪切層基頻渦卷以非對稱群并方式演化。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明利用交流電信號，可實現(xiàn)擾動信號的完全定量模擬，且實現(xiàn)簡單；