[發明專利]一種超聲速混合層控制方法

有效

• 申請號: 201810198773.3
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108543486B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 王鵬;沈赤兵;羅振兵;周巖;方昕昕
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: B01F11/02
• 分類號: B01F11/02;B01F5/02
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 崔琳

本發明涉及一種超聲速混合層主動控制方法。通過利用射流對超聲速混合層施加擾動，并利用射流誘導產生的激波對超聲速混合層繼續施加擾動，實現了對超聲速混合層的主動控制。本發明優選的采用等離子體合成射流激勵器產生射流，也可以采用現有的射流擾動器等裝置產生射流。與現有技術相比，該方法能夠解決傳統超聲速混合層控制方法工作頻率低、能量密度低、需要額外氣源且摻混效率不高的問題。

技術領域

本發明屬于超聲速流動領域，特別涉及一種超聲速混合層主動控制方法。

背景技術

對超聲速混合層的控制從廣義上講包括增強混合和抑制混合，本發明中提到的控制主要是指增強混合。目前對超聲速混合層控制方法分為主動控制和被動控制兩種。被動控制通過在尾緣(即隔板遠離來流方向的一端)上增設突片、鋸齒、波瓣等結構，從而產生流向渦或不穩定脈動進而達到對超聲速混合層厚度的控制。被動控制方式結構簡單、控制效果明顯，但具有尾緣結構固定無法根據來流情況進行調整的缺點。主動控制則是通過向被控流場中主動注入氣體，通過注入氣體改變流場的能量和動量，進而改變流場的特征結構，達到控制摻混的作用。

現有的超聲速混合層主動控制裝置主要有機械振動式激勵器、等離子體式激勵器和射流擾動器。機械振動式激勵器的缺點在于工作頻率低，等離子體式激勵器是利用電弧放電來實現對氣流的周期性的加熱，其缺點在于能量密度偏低，射流擾動激勵器缺點是需要額外的氣源。更主要的對于超聲速標量混合，以往的主動增強混合方式雖然顯著提高超聲速混合層空間增長率，但是混合均勻程度即摻混效率沒有明顯地提升。如何在有限距離內充分提高摻混效率，是現有超聲速混合層主動控制方法的技術難題。

發明內容

針對傳統超聲速混合層控制方法工作頻率低、能量密度低、需要額外氣源且摻混效率不高的問題，本發明提出一種超聲速混合層控制方法，具體方案如下：

一種超聲速混合層控制方法，包括以下步驟：

S1，利用射流對超聲速混合層施加擾動；

超聲速混合層，是指兩股速度不等的平行超聲速氣流在自由空間相互混合，其初始混合面為平面，兩股氣流在相遇之前通過設置的隔板隔離，超聲速混合層還包括超聲速標量混合層，超聲速標量混合層是指兩個速度不等，組分不同的平行超聲速氣流在自由空間相互混合。超聲速混合層厚度增長率遠低于亞聲速混合層增長率，施加擾動目的是混合層中引入各種激勵，以激發混合層的不穩定性，從而使混合層空間增長率提高。

所述射流設置在超聲速混合層上游，即隔板靠近尾端的區域，通過射流對超聲速來流施加橫向以及展向的擾動，使超聲速來流具有一定的橫向和展向速度；

所述展向方向為圖1中垂直紙面的方向；

所述橫向方向為圖1中豎直方向；

所述流向方向為圖1中水平方向；

超聲速混合層中游為混合層線性增長區，下游為混合層自相似區；

優選的，射流或布置在隔板的上下表面，或布置在隔板的尾端；

若布置在隔板上下表面，所述射流出口角度或垂直于超聲速來流方向，或與超聲速來流方向傾斜0～45度；

所述傾斜角為在流向垂直的平面內，與橫向方向的夾角；

若布置在隔板尾端，所述射流出口角度或平行于超聲速來流方向，或與超聲速來流方向傾斜0～45度；

所述傾斜角為在展向垂直的平面內，與流向的夾角；