[發(fā)明專利]基于振蕩射流的法向流推力矢量噴管控制裝置及飛行器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110787507.6
• 申請(qǐng)日: 2021-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN113371178B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫新;王士奇;周楷文;劉沛聰;劉應(yīng)征
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院
• 主分類號(hào): F02K1/28
• 分類號(hào): F02K1/28
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

本發(fā)明涉及一種基于振蕩射流的法向流推力矢量噴管控制結(jié)構(gòu)及飛行器，其中控制結(jié)構(gòu)包括控制器，依次連接的氣流干管、開關(guān)閥、第一氣流支管、第二氣流支管和多個(gè)掃掠型振蕩射流激勵(lì)器，掃掠型振蕩射流激勵(lì)器的數(shù)量為偶數(shù)，均分為第一激勵(lì)器組和第二激勵(lì)器組，第一激勵(lì)器組和第二激勵(lì)器組分別布置在噴管出口的兩側(cè)，噴管出口側(cè)沿主流方向漸擴(kuò)，掃掠型振蕩射流激勵(lì)器的軸線與所在處噴管側(cè)壁的法向夾角小于45度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了流動(dòng)控制的策略，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，無(wú)需利用復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)改變噴管外形，降低了飛行器的重量；不會(huì)因?yàn)閲姽芡庑蔚母淖冊(cè)黾语w行器的阻力；同時(shí)可以顯著提高飛行器的隱身性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及矢量噴管控制技術(shù)，尤其是涉及一種基于振蕩射流的法向流推力矢量噴管控制裝置及飛行器。

背景技術(shù)

在航空航天領(lǐng)域，流體的流動(dòng)分離、轉(zhuǎn)捩和動(dòng)態(tài)失速等問(wèn)題削弱了飛行器的可用性。常常通過(guò)流動(dòng)控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)延遲流體的流動(dòng)分離和流動(dòng)阻力的減小。良好的流動(dòng)控制技術(shù)能夠改善飛行器件的流動(dòng)特性，并提供多角度的操縱力矩，以保證飛行器的機(jī)動(dòng)性和可操縱性。因此，流動(dòng)控制技術(shù)具有十分重要的工程意義和研究?jī)r(jià)值。依據(jù)是否需要外界能量的輸入和反饋是否動(dòng)態(tài)，流動(dòng)控制可分為主動(dòng)流動(dòng)控制和被動(dòng)流動(dòng)控制。

主動(dòng)流動(dòng)控制利用外部能源來(lái)驅(qū)動(dòng)特定的激勵(lì)器，如穩(wěn)定吹吸激勵(lì)器、渦流發(fā)生器激勵(lì)器、合成射流激勵(lì)器、等離子體激勵(lì)器等，為低能量邊界層注入能量，增大射流與分離流的摻混程度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的控制。主動(dòng)流動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)反饋，比被動(dòng)流動(dòng)控制更佳靈活、有效，可操縱性更強(qiáng)，所以成為了當(dāng)今流動(dòng)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

推力矢量控制(TVC)是一種依靠噴管變化直接變換飛行器推力方向，以提供更強(qiáng)的控制力及力矩的技術(shù)，有利于增強(qiáng)戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)效能、敏捷性和機(jī)動(dòng)性，并且能夠使戰(zhàn)斗機(jī)的短距起飛能力大大增強(qiáng)。同時(shí)，在推力矢量控制領(lǐng)域的進(jìn)一步研究還可以減小甚至取消飛機(jī)氣動(dòng)舵，從而降低飛機(jī)氣動(dòng)阻力，減輕飛機(jī)質(zhì)量。因此，推力矢量技術(shù)是一種先進(jìn)的飛行器控制技術(shù)。

矢量噴管主要分為軸對(duì)稱型與二元型。軸對(duì)稱型矢量噴管的截面為圓形，主射流可以與軸線呈一定夾角沿周向360°偏轉(zhuǎn)，該方法使用靈活但是機(jī)構(gòu)復(fù)雜；二元矢量噴管的截面為方形，只可產(chǎn)生兩個(gè)方向的偏轉(zhuǎn)力，其結(jié)構(gòu)和使用更加簡(jiǎn)單。

傳統(tǒng)的機(jī)械推力矢量技術(shù)是通過(guò)使用復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)噴管的偏轉(zhuǎn)，以改變射流的方向。該方法所用的機(jī)械結(jié)構(gòu)通常異常復(fù)雜，增加了飛行器的負(fù)荷和維修的難度，降低了飛行器在隱形方面的應(yīng)用潛力，同時(shí)也會(huì)增加響應(yīng)性能的控制難度。不同于機(jī)械推力矢量技術(shù)，流體推力矢量技術(shù)不使用運(yùn)動(dòng)部件，不易發(fā)生磨損和機(jī)械故障，且占據(jù)空間小，增加了設(shè)備的靈活性和可行性。

常用的流體推力矢量技術(shù)包括逆向流控制和同向流控制等，但是，現(xiàn)有技術(shù)中，流體推力矢量技術(shù)通常會(huì)產(chǎn)生不單調(diào)、突變的控制響應(yīng)，以及可能的滯后效應(yīng)。此外，流體推力矢量控制技術(shù)需要消耗大量的二次流氣源影響整體推進(jìn)效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了提供一種基于振蕩射流的法向流推力矢量噴管控制裝置及飛行器，采用了流動(dòng)控制的策略，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，無(wú)需利用復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)改變噴管外形，降低了飛行器的重量；不會(huì)因?yàn)閲姽芡庑蔚母淖冊(cè)黾语w行器的阻力；同時(shí)可以顯著提高飛行器的隱身性能。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：