[發(fā)明專利]一種激波邊界層干擾控制器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811389647.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109533356A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧楓;章勝華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B64D33/02
• 分類號(hào): B64D33/02;B64C30/00;B64C21/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 程華

本發(fā)明公開(kāi)一種激波邊界層干擾控制器，包括：連通管道，沿物體表面氣流的流動(dòng)方向設(shè)于所述連通管道上游的激波上游靜壓孔和設(shè)于所述連通管道下游的激波下游靜壓孔；所述連通管道中設(shè)置截面與所述連通管道截面相同的壓強(qiáng)平衡活塞，以及一端與所述壓強(qiáng)平衡活塞連接、另一端固定在所述連通管道的端部的管壁內(nèi)表面的伸縮元件；所述伸縮元件和所述壓強(qiáng)平衡活塞用于感應(yīng)從所述激波下游靜壓孔進(jìn)入的氣流，并通過(guò)向所述激波上游靜壓孔側(cè)移動(dòng)的方式平衡所述激波上游靜壓孔和所述激波下游靜壓孔的孔口處的壓強(qiáng)。本發(fā)明提供的激波邊界層干擾控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)邊界層和激波的雙重控制，有效減弱激波邊界層干擾效應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激波控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激波邊界層干擾控制器。

背景技術(shù)

對(duì)于進(jìn)行跨音速飛行的飛行器或超音速進(jìn)氣道，一個(gè)主要的問(wèn)題是當(dāng)氣流超過(guò)音速時(shí)將會(huì)產(chǎn)生一道正激波。正激波會(huì)帶來(lái)壓強(qiáng)、密度和速度的突然變化，這種劇烈的變化會(huì)進(jìn)一步對(duì)物面附近的邊界層產(chǎn)生影響，導(dǎo)致邊界層厚度的增加，甚至流動(dòng)分離；另一方面，由于正激波對(duì)邊界層厚度十分敏感，邊界層的變化又會(huì)反過(guò)來(lái)影響到正激波的位置和強(qiáng)度；如此相互的非線性作用，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)激波和邊界層的干擾問(wèn)題。嚴(yán)重的激波和邊界層的干擾會(huì)帶來(lái)激波位置和強(qiáng)度的自激振蕩和流動(dòng)分離，引起飛行器的抖振和超音速進(jìn)氣道的喘振，導(dǎo)致其性能大大下降，甚至嚴(yán)重威脅飛行器的安全。

但是，飛行器的氣動(dòng)效率等于速度乘以升阻比，因此盡量的提高飛行器的飛行速度，可以提高飛行器的飛行效率，節(jié)省燃油，降低有害氣體排放。因而，當(dāng)前的大型民用客機(jī)的設(shè)計(jì)巡航速度都選擇略低于產(chǎn)生抖振的飛行速度，也可以說(shuō)，飛行器表面激波和邊界層的干擾問(wèn)題限制了飛行器的飛行邊界。如果能夠采用相關(guān)的技術(shù)手段盡量地提高飛行器產(chǎn)生抖振的飛行速度，就可以極大地提高飛行器的氣動(dòng)效率，提升飛行器的安全性。而對(duì)于超音速進(jìn)氣道而言，正激波的出現(xiàn)有利于提高進(jìn)氣道的壓縮比，改善進(jìn)氣道的性能。但是激波和邊界層的干擾會(huì)導(dǎo)致激波位置和強(qiáng)度的不穩(wěn)定，導(dǎo)致氣流畸變指數(shù)惡化，影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，甚至停機(jī)，嚴(yán)重威脅到飛行器的飛行安全。

為了減弱激波和邊界層干擾效應(yīng)，當(dāng)前有望在進(jìn)行跨音速飛行的飛行器或超音速進(jìn)氣道應(yīng)用的主要技術(shù)有：1)主動(dòng)吹氣和吸氣控制手段，通過(guò)對(duì)邊界層進(jìn)行吹氣或吸氣，可以補(bǔ)充邊界層損失的動(dòng)量或者將低動(dòng)量的氣流吸走，從而維持邊界層速度剖面的飽滿，提高了邊界層抵抗激波壓強(qiáng)突變的能力，達(dá)到減弱激波和邊界層干擾效應(yīng)的目的；2)激波控制鼓包技術(shù)，通過(guò)在激波出現(xiàn)的部位，局部改變物體幾何外形，從而讓激波提前進(jìn)行壓縮，減弱激波的強(qiáng)度，進(jìn)而減弱激波和邊界層干擾效應(yīng)。

可以看到，針對(duì)激波邊界層的干擾問(wèn)題，上述技術(shù)手段的主要缺點(diǎn)是只針對(duì)邊界層或者激波進(jìn)行單一控制，主動(dòng)吹氣和吸氣技術(shù)主要用于改善邊界層的流動(dòng)狀態(tài)，而激波控制鼓包技術(shù)主要用于減弱激波的強(qiáng)度，因而它們?cè)诩げㄟ吔鐚痈蓴_控制的應(yīng)用潛力有限，不能達(dá)到滿意的效果。并且它們還有一些其它缺點(diǎn)：1)雖然主動(dòng)吹氣和吸氣技術(shù)可以提高邊界層自身抵抗激波壓強(qiáng)突變的能力，但是需要額外添加一套吹氣或吸氣的系統(tǒng)，增加了結(jié)構(gòu)重量和系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且需要額外的能量輸入，經(jīng)濟(jì)性差；2)由于激波控制鼓包技術(shù)是通過(guò)改變物體表面的曲率實(shí)現(xiàn)激波控制的，對(duì)邊界層存在一定的擾動(dòng)，當(dāng)激波邊界層干擾較強(qiáng)的時(shí)候，激波控制鼓包的應(yīng)用效果不佳，當(dāng)前其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)轱w行器減阻設(shè)計(jì)，對(duì)于超音速進(jìn)氣道，由于激波控制鼓包會(huì)減小進(jìn)氣道截面面積，目前尚無(wú)法加以應(yīng)用。

因此，本發(fā)明提出了一種可以對(duì)邊界層和激波進(jìn)行雙重控制的新型激波邊界層干擾控制器，通過(guò)設(shè)計(jì)帶伸縮元件和壓強(qiáng)平衡活塞的連通管道，將激波下游的壓強(qiáng)傳遞至激波上游，從而削弱了激波的強(qiáng)度，另一方面則利用激波本身的壓強(qiáng)突變，實(shí)現(xiàn)激波下游吸氣和激波上游吹氣效應(yīng)，從而增強(qiáng)了邊界層的動(dòng)量，在雙重控制效果下，達(dá)到了有效地減小激波邊界層干擾效應(yīng)的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種激波邊界層干擾控制器，用來(lái)解決目前僅對(duì)邊界層或者激波進(jìn)行單一控制使激波邊界層干擾控制的效果有限的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：