一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器及其控制方法，射流激发器包含气缸、火花塞、进气导管、电磁阀和电磁阀控制器；气缸上设有用于喷出射流的孔口；进气导管与所述气缸导通，用于连接外部气源；火花塞设置在气缸底部，其正极和负极与外部高压放电器相连，用于在所述气缸内放电；电磁阀设置在进气导管中，用于控制进气导管的导通和隔断；电磁阀控制器用于控制电磁阀的开合。本发明专利技术将电磁阀安装在腔体上并接入气源，电磁阀根据信号发生器输入信号可以产生连续性射流(电磁阀全开)和脉冲射流(电磁阀间断开合)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高速飞行器内外流场的主动流动控制技术，具体涉及一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器及其控制方法。
技术介绍
射流是流体在压力的驱动下喷射至另一流体域中的流动现象。射流在强化换热，增强掺混，推迟边界层分离以及流体控制上有着已被证明具有良好的效果。这使得射流在众多流体机械水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和喷气式飞机等许多
得到广泛应用。射流可分为连续性射流和脉动射流两类。对于连续性射流，流场里任一位置处流场参数不随时间变化。脉冲射流是流体流经具有控制阀门开断的装置(如电磁阀，旋转阀)将连续的流体变为间断的或波动的射流形式。脉冲射流具有三种形式：第一种射流在装置出口处周期性的吞和吐，其净流量为零，该种射流称为合成射流；第二种射流利用电磁阀的周期性的开和断实现，电磁阀打开，射流流出，电磁阀关闭，射流流出停止；第三种射流是在连续射流上施加一个速度脉动，第三种是最常见的射流形式。火花型合成射流是脉冲射流的一种形式。执行机构是火花型合成射流激发器。激发器腔内分布的若干个高压电极放电后迅速加热腔内的气体，使得腔内的压力在数毫秒内急剧升高并在孔口产生射流。腔内气体喷射出后，腔内的压力小于外界压力，外界的气体将进入腔体补充上次激发损失的气体。火花型合成射流由于能够产生超声速射流而被认为是一种未来新的超声速流场控制技术。但是，现有火花型合成射流的缺陷使得火花发生器难于在高速、超高速流场的流动控制上得到运用。具体表现：射流的动量通量和能量小，壳体内腔自然冷却时间较长，工作频率低。这阻碍火花型合成射流激发器在高速流场上的运用。Saddoughi专利技术了一个电弧驱动的火花型合成射流激发器(专利号：US20110147476A1)。然而电弧驱动能量小，其使用的陶瓷材料易使得腔内的热量无法散失，不利于外界环境气体在回填阶段充分填充激发腔。杨振兵专利技术了一种动压式高能合成射流激发器(申请号：201010502479.0)，其利用外部高速来流所具有的动能迅速增填腔体内介质，使激发器腔体内的介质快速稠密化。由于火花型放电产生生的瞬时高压远远大于外界，以及动压进口与射流出口之间外场的流动阻力远小于流体从动压进口进入腔体并从射流出口的流动阻力，所以该装置利用外部高速来流在动压进口附近产生局部高压并不能使得动压进口单向通道，反而动压进口的存在由于压力泄露过快及两孔相距较远降低了火花发生器的效能。流体主动控制方法未来将向多种射流，多重控制方向发展。单一形式射流控制方式不再满足流场的实时动态控制。此时，迫切需要专利技术一种设备，该设备能够产生多种射流并根据外界流场工况选择合适的射流形式。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有的火花型合成射流激发器低能量、低动量、被动吸气、难以对外界主流产生持续影响的现状，以及目前单一装置难于对流场施加多种流体控制方式的问题，提出了一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器及其控制方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器，包含气缸、火花塞、进气导管、电磁阀和电磁阀控制器；所述气缸上设有用于喷出射流的孔口；所述进气导管与所述气缸导通，用于连接外部气源；所述火花塞设置在气缸底部，其正极和负极与外部高压放电器相连，用于在所述气缸内放电；所述电磁阀设置在进气导管中，用于控制进气导管的导通和隔断；所述电磁阀控制器用于控制电磁阀的开合。作为本专利技术一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器进一步的优化方案，所述气缸呈空心圆柱状，所述孔口设置在气缸顶部的圆心上；所述火花塞的正极呈圆柱状、负极呈圆环状，火花塞的负极环绕在其正极外，且火花塞的正极、火花塞的负极、气缸的轴线在同一条直线上。作为本专利技术一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器进一步的优化方案，所述进气导管与所述气缸的轴线垂直，穿过气缸的侧壁与气缸导通。作为本专利技术一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器进一步的优化方案，所述进气导管的轴线和所述气缸的轴线在同一条直线上；所述火花塞的底部设有穿过其轴心、与气缸底壁平行的通孔；所述进气导管穿过气缸的底壁与所述通孔相连。作为本专利技术一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器进一步的优化方案，所述孔口为圆形孔口或狭缝孔口。作为本专利技术一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器进一步的优化方案，所述孔口为剖面由内向外收缩型孔口、剖面缩扩型孔口或直孔中的一种。将火花塞与电磁阀组合在一起，火花塞电极两端高压放电，极短时间内，电极附近在极短时间内产生高温高压气体，进而在孔口处产生火花型合成射流。电磁阀安装在腔体上并接入气源，电磁阀根据信号发生器输入信号可以产生连续性射流(电磁阀全开)和脉冲射流(电磁阀间断开合)。本专利技术还公开了一种该基于电磁阀的火花型合成射流激发器的控制方法，包含以下步骤：若需要孔口处产生连续性射流，控制火花塞不工作、电磁阀保持全开；若需要孔口处产生脉冲射流，控制火花塞不工作、电磁阀按照预设的频率间断开合；若需要孔口处产生火花型合成射流，控制火花塞放电、电磁阀保持闭合；若需要孔口处产生火花能量强化连续性射流，控制火花塞放电，电磁阀保持全开；若需要孔口处产生火花能量强化脉冲射流，控制电磁阀按照预设的频率间断开合，且在电磁阀全开时控制火花塞放电、在电磁阀闭合时控制火花塞停止放电。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术利用了火花塞高压放电的瞬时能力输入射流以及电磁阀的通断控制流体的通断来产生多种射流形式以及强化机制，具体来说能够产生5种形式的射流：(1)连续性射流；(2)脉冲射流；(3)火花型合成射流；(4)火花强化连续性射流；(5)火花强化脉冲射流；这几乎涵盖了目前射流的所有形式，使得本专利技术在工作时可以根据外部流场的形式选择合适的射流。附图说明图1是进气导管和火花塞垂直布置时本专利技术的结构示意图；图2是进气导管和火花塞同轴布置时本专利技术的结构示意图；图3（a）、图3（b）分别是圆形孔口或狭缝孔口的结构示意图；图4（a）、图4（b）、图4（c）分别是剖面由内向外收缩型孔口、剖面缩扩型孔口和直孔的剖面示意图；图5是装置系统结构图；图6是本专利技术外观图；图7是本专利技术产生连续性射流时的工作原理图；图8是本专利技术模式产生脉冲射流时的工作原理图；图9是本专利技术模式产生火花型合成射流时的工作原理图；图10是本专利技术模式产生火花强化连续性射流时的工作原理图；图11是本专利技术模式产生火花强化脉冲射流时的工作原理图。图中，1-孔口，2-气缸的外壳，3-腔体，4-火花塞负极，5-火花塞正极，6-火花塞引出线，7-电磁阀出口，8-电磁阀，9-电磁阀入口，10-电磁阀控制器，11-火花塞内的通孔，12-高压放电器，13-信号发生器，14-上位机，15-电磁阀，16-火花塞。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术公开了一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器，包含气缸、火花塞、进气导管、电磁阀和电磁阀控制器；气缸上设有用于喷出射流的孔口1；进气导管与气缸导通，用于连接外部气源；火花塞设置在气缸底部，其正极5和负极6与外部高压放电器相连，用于在气缸内放电；电磁阀8设置在进气导管中，用于控制进气导管的导通和隔断；电磁阀控制器10用于控制电磁阀的开合。气缸可以设置成空心圆柱状，并将孔口1设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器，其特征在于，包含气缸、火花塞、进气导管、电磁阀和电磁阀控制器；所述气缸上设有用于喷出射流的孔口；所述进气导管与所述气缸导通，用于连接外部气源；所述火花塞设置在气缸底部，其正极和负极与外部高压放电器相连，用于在所述气缸内放电；所述电磁阀设置在进气导管中，用于控制进气导管的导通和隔断；所述电磁阀控制器用于控制电磁阀的开合。

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁阀的火花型合成射流激发器，其特征在于，包含气缸、火花塞、进气导管、电磁阀和电磁阀控制器；所述气缸上设有用于喷出射流的孔口；所述进气导管与所述气缸导通，用于连接外部气源；所述火花塞设置在气缸底部，其正极和负极与外部高压放电器相连，用于在所述气缸内放电；所述电磁阀设置在进气导管中，用于控制进气导管的导通和隔断；所述电磁阀控制器用于控制电磁阀的开合。2.根据权利要求1所述的基于电磁阀的火花型合成射流激发器，其特征在于，所述气缸呈空心圆柱状，所述孔口设置在气缸顶部的圆心上；所述火花塞的正极呈圆柱状、负极呈圆环状，火花塞的负极环绕在其正极外，且火花塞的正极、火花塞的负极、气缸的轴线在同一条直线上。3.根据权利要求2所述的基于电磁阀的火花型合成射流激发器，其特征在于，所述进气导管与所述气缸的轴线垂直，穿过气缸的侧壁与气缸导通。4.根据权利要求2所述的基于电磁阀的火花型合成射流激发器，其特征在于，所述进气导管的轴线和所述气缸的轴线在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕元伟，张靖周，单勇，谭晓茗，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32