[發(fā)明專利]氣動(dòng)式渦流發(fā)生器和等離子體合成射流組合控制的飛行器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110018092.6
• 申請(qǐng)日: 2021-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112722249B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃河峽;于航;羅中岐;秦源;譚慧俊;林正康;蔡佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B64C23/06
• 分類號(hào): B64C23/06;B64D33/02;B64G1/10;B64G1/66
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發(fā)明公開(kāi)了一種氣動(dòng)式渦流發(fā)生器和等離子體合成射流組合控制的飛行器，包括彈體、埋入式進(jìn)氣道、位于彈體的氣動(dòng)式渦流發(fā)生器和位于進(jìn)氣道導(dǎo)流面的等離子體合成射流激勵(lì)器。其中，通過(guò)氣動(dòng)式渦流發(fā)生器吹除了部分來(lái)流邊界層，使得卷吸渦吸入能量較高的流體，另一方面在進(jìn)氣道導(dǎo)流面安裝等離子體合成射流激勵(lì)器，利用等離子體合成射流誘導(dǎo)出新的旋渦，在保持此旋渦強(qiáng)度不大的同時(shí)迫使底部的高能流向管道中心流動(dòng)，從而進(jìn)一步降低進(jìn)氣道出口截面的總壓畸變。本發(fā)明充分利用了兩種控制方法的優(yōu)勢(shì)，控制效果比單獨(dú)控制均更優(yōu)，耗氣量不到發(fā)動(dòng)機(jī)流量的0.5％，且可根據(jù)飛行狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)整流動(dòng)控制狀態(tài)，具有廣闊的工程實(shí)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種埋入式進(jìn)氣道。

背景技術(shù)

進(jìn)氣道是吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)的重要?dú)鈩?dòng)部件之一，先進(jìn)進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)在挖掘自身氣動(dòng)方面潛能的同時(shí)，必須同時(shí)注重其電磁隱身、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和重量、外部阻力以及與飛行器的融合等一體化因素，埋入式進(jìn)氣應(yīng)運(yùn)而生。

埋入式進(jìn)氣道因在機(jī)身上不呈現(xiàn)任何突出部分而具有獨(dú)一無(wú)二的一體化優(yōu)勢(shì)：首先，進(jìn)口與機(jī)身表面完全融合，故能顯著降低飛行器的迎風(fēng)阻力，并大幅度減小進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)重量；其次，有效地降低了進(jìn)氣道腔體以及進(jìn)氣道外表面與機(jī)身間角區(qū)的電磁回波，故具有良好的隱身性能；此外，S型埋入式進(jìn)氣道的使用還使得飛行器的攜帶、安裝及箱式發(fā)射變得更加便利。為此，S型埋入式進(jìn)氣道吸引了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界眾多科研技術(shù)人員的關(guān)注。

然而，S型埋入式進(jìn)氣道在自身氣動(dòng)設(shè)計(jì)上作出的犧牲是巨大的：(1)不能直接利用來(lái)流的沖壓作用，主要依靠口面旋渦產(chǎn)生的卷吸作用誘導(dǎo)外流進(jìn)入內(nèi)通道，而口面旋渦實(shí)際上是一把“雙刃劍”，在捕獲來(lái)流的同時(shí)，也帶來(lái)了較大的摻混損失，并使得內(nèi)通道流動(dòng)變得難以組織；(2)難以設(shè)置邊界層隔道，故往往吸入了大量的機(jī)體邊界層低能氣流。為此，低的總壓恢復(fù)系數(shù)、大的出口總壓畸變、窄的穩(wěn)定工作范圍是埋入式進(jìn)氣道的重要缺陷，也是阻止其走向廣泛使用的主要障礙。國(guó)內(nèi)外一直有大量的研究工作致力于實(shí)現(xiàn)埋入式進(jìn)氣道內(nèi)部旋流及其誘導(dǎo)分離的有效控制，其中主動(dòng)式控制方法主要采用射流式渦流發(fā)生器，但單獨(dú)采用射流式渦流發(fā)生器要想取得較好的控制效果，常需要從高壓壓氣機(jī)引走超過(guò)主流流量1％的氣流，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和穩(wěn)定工作邊界造成了較大影響，而被動(dòng)式流動(dòng)控制方法主要為氣動(dòng)式渦流發(fā)生器，外凸的葉片不僅會(huì)存在脫落風(fēng)險(xiǎn)而且無(wú)法根據(jù)飛行狀態(tài)調(diào)節(jié)，所以要發(fā)展一種能耗更小，能主動(dòng)適應(yīng)飛行器狀態(tài)的流動(dòng)控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種氣動(dòng)式渦流發(fā)生器和等離子體合成射流組合控制的飛行器，目的是減少進(jìn)入進(jìn)氣道內(nèi)部的邊界層，同時(shí)利用等離子體合成射流誘導(dǎo)的旋渦改善進(jìn)氣道出口總壓分布，以便維持進(jìn)氣道出口總壓基本不變的前提下降低出口總壓畸變。

技術(shù)方案：為達(dá)到上述目的，本發(fā)明可采用如下技術(shù)方案：

一種氣動(dòng)式渦流發(fā)生器和等離子體合成射流組合控制的飛行器，包括彈體、位于彈體上的氣動(dòng)式渦流發(fā)生器、位于彈體內(nèi)的埋入式進(jìn)氣道、位于埋入式進(jìn)氣道內(nèi)的等離子體合成射流激勵(lì)器；所述氣動(dòng)式渦流發(fā)生器有兩對(duì)，氣動(dòng)式渦流發(fā)生器位于埋入式進(jìn)氣道進(jìn)口上游的彈體表面上，等離子體合成射流激勵(lì)器有兩對(duì)，且位于埋入式進(jìn)氣道的進(jìn)氣道導(dǎo)流面上靠近埋入式進(jìn)氣道進(jìn)口的位置。

進(jìn)一步的，所述氣動(dòng)式渦流發(fā)生器距對(duì)稱面的距離為0.44D，其中D為進(jìn)氣道出口直徑；等離子體合成射流激勵(lì)器有兩對(duì)，最靠近對(duì)稱面的激勵(lì)器距對(duì)稱面的距離為0.44D；所述對(duì)稱面為飛行器對(duì)稱縱剖的面。

進(jìn)一步的，每對(duì)氣動(dòng)式渦流發(fā)生器沿流向前后布置，與彈體的交界面為矩形，靠近進(jìn)氣道進(jìn)口的吹氣縫距導(dǎo)流面進(jìn)口的距離為5.14D，兩個(gè)吹氣縫之間的流向距離為1D，每對(duì)等離子合成射流激勵(lì)器為展向布局，與進(jìn)氣道導(dǎo)流面的交界面為類平行四邊形，距進(jìn)氣道導(dǎo)流面進(jìn)口為0.55D，兩個(gè)激勵(lì)器之間的展向間距為0.12D。

進(jìn)一步的，所述氣動(dòng)式渦流發(fā)生器的對(duì)稱中線與彈體展向存在一定夾角，該夾角為20°～30°。