一种激波边界层干扰控制器制造技术

本发明专利技术公开一种激波边界层干扰控制器，包括：连通管道，沿物体表面气流的流动方向设于所述连通管道上游的激波上游静压孔和设于所述连通管道下游的激波下游静压孔；所述连通管道中设置截面与所述连通管道截面相同的压强平衡活塞，以及一端与所述压强平衡活塞连接、另一端固定在所述连通管道的端部的管壁内表面的伸缩元件；所述伸缩元件和所述压强平衡活塞用于感应从所述激波下游静压孔进入的气流，并通过向所述激波上游静压孔侧移动的方式平衡所述激波上游静压孔和所述激波下游静压孔的孔口处的压强。本发明专利技术提供的激波边界层干扰控制器，实现了对边界层和激波的双重控制，有效减弱激波边界层干扰效应。

【技术实现步骤摘要】
一种激波边界层干扰控制器
本专利技术涉及激波控制
，特别是涉及一种激波边界层干扰控制器。
技术介绍
对于进行跨音速飞行的飞行器或超音速进气道，一个主要的问题是当气流超过音速时将会产生一道正激波。正激波会带来压强、密度和速度的突然变化，这种剧烈的变化会进一步对物面附近的边界层产生影响，导致边界层厚度的增加，甚至流动分离；另一方面，由于正激波对边界层厚度十分敏感，边界层的变化又会反过来影响到正激波的位置和强度；如此相互的非线性作用，会导致出现激波和边界层的干扰问题。严重的激波和边界层的干扰会带来激波位置和强度的自激振荡和流动分离，引起飞行器的抖振和超音速进气道的喘振，导致其性能大大下降，甚至严重威胁飞行器的安全。但是，飞行器的气动效率等于速度乘以升阻比，因此尽量的提高飞行器的飞行速度，可以提高飞行器的飞行效率，节省燃油，降低有害气体排放。因而，当前的大型民用客机的设计巡航速度都选择略低于产生抖振的飞行速度，也可以说，飞行器表面激波和边界层的干扰问题限制了飞行器的飞行边界。如果能够采用相关的技术手段尽量地提高飞行器产生抖振的飞行速度，就可以极大地提高飞行器的气动效率，提升飞行器的安全性。而对于超音速进气道而言，正激波的出现有利于提高进气道的压缩比，改善进气道的性能。但是激波和边界层的干扰会导致激波位置和强度的不稳定，导致气流畸变指数恶化，影响到发动机的工作效率，甚至停机，严重威胁到飞行器的飞行安全。为了减弱激波和边界层干扰效应，当前有望在进行跨音速飞行的飞行器或超音速进气道应用的主要技术有：1)主动吹气和吸气控制手段，通过对边界层进行吹气或吸气，可以补充边界层损失的动量或者将低动量的气流吸走，从而维持边界层速度剖面的饱满，提高了边界层抵抗激波压强突变的能力，达到减弱激波和边界层干扰效应的目的；2)激波控制鼓包技术，通过在激波出现的部位，局部改变物体几何外形，从而让激波提前进行压缩，减弱激波的强度，进而减弱激波和边界层干扰效应。可以看到，针对激波边界层的干扰问题，上述技术手段的主要缺点是只针对边界层或者激波进行单一控制，主动吹气和吸气技术主要用于改善边界层的流动状态，而激波控制鼓包技术主要用于减弱激波的强度，因而它们在激波边界层干扰控制的应用潜力有限，不能达到满意的效果。并且它们还有一些其它缺点：1)虽然主动吹气和吸气技术可以提高边界层自身抵抗激波压强突变的能力，但是需要额外添加一套吹气或吸气的系统，增加了结构重量和系统的复杂性，并且需要额外的能量输入，经济性差；2)由于激波控制鼓包技术是通过改变物体表面的曲率实现激波控制的，对边界层存在一定的扰动，当激波边界层干扰较强的时候，激波控制鼓包的应用效果不佳，当前其主要应用领域为飞行器减阻设计，对于超音速进气道，由于激波控制鼓包会减小进气道截面面积，目前尚无法加以应用。因此，本专利技术提出了一种可以对边界层和激波进行双重控制的新型激波边界层干扰控制器，通过设计带伸缩元件和压强平衡活塞的连通管道，将激波下游的压强传递至激波上游，从而削弱了激波的强度，另一方面则利用激波本身的压强突变，实现激波下游吸气和激波上游吹气效应，从而增强了边界层的动量，在双重控制效果下，达到了有效地减小激波边界层干扰效应的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激波边界层干扰控制器，用来解决目前仅对边界层或者激波进行单一控制使激波边界层干扰控制的效果有限的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种激波边界层干扰控制器，所述激波边界层干扰控制器包括：连通管道，沿物体表面气流的流动方向设于所述连通管道上游的激波上游静压孔和设于所述连通管道下游的激波下游静压孔；所述连通管道为两端闭口的管道，且所述激波下游静压孔通过所述连通管道与所述激波上游静压孔连通；所述连通管道中设置截面与所述连通管道截面相同的压强平衡活塞，以及一端与所述压强平衡活塞连接、另一端固定在所述连通管道的端部的管壁内表面的伸缩元件；所述伸缩元件和所述压强平衡活塞用于感应从所述激波下游静压孔进入的气流，并通过向所述激波上游静压孔侧移动的方式平衡所述激波上游静压孔和所述激波下游静压孔的孔口处的压强；所述连通管道无气流通过时所述压强平衡活塞位于所述激波上游静压孔和所述激波下游静压孔之间的所述连通管道中。可选的，所述连通管道中悬空设置导杆，所述导杆的两端固定在所述连通管道的管壁上，所述导杆穿过所述压强平衡活塞，使所述压强平衡活塞沿所述导杆移动。可选的，所述激波下游静压孔为一个，所述激波上游静压孔为多个。可选的，所述激波下游静压孔放置于作用在所述物体表面的正激波的下游，所述激波上游静压孔放置于所述正激波的上游，所述激波下游静压孔位于所述正激波产生的边界层干扰控制区域下游最末端，所述激波上游静压孔位于所述正激波与所述物体表面的交界处的距离为当地边界层厚度δ的1～2倍的位置，所述激波下游静压孔和所述激波上游静压孔之间的距离为当地边界层厚度δ的10～15倍。可选的，所述激波下游静压孔为圆孔，直径为当地边界层厚度δ。可选的，所述激波上游静压孔为圆孔，直径为当地边界层厚度δ的2～3倍。可选的，所述激波上游静压孔的数量和直径由飞行器或进气道的设计指标确定，所述设计指标包括飞行马赫数、抖振马赫数、升阻比、总压恢复系数和进气道流场畸变指数。可选的，所述连通管道的截面为圆形，直径大于或等于边界层干扰控制区域的边界层平均厚度的5倍。可选的，在无压差时，所述压强平衡活塞位于所述激波上游静压孔对应的所述连通管道的一侧。可选的，所述伸缩元件为弹簧，所述弹簧的倔强系数为k，其中S是所述压强平衡活塞截面面积，△x是所述压强平衡活塞的移动距离，△p为所述激波下游静压孔、所述激波上游静压孔处的压强差，Δp＝p2-p1，p1为所述激波上游静压孔处的压强，p2为所述激波下游静压孔处的压强。与现有技术相比，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提出了一种对边界层和激波进行双重控制的新型激波边界层干扰控制器，通过设计带伸缩元件和压强平衡活塞的连通管道，激波下游的气流推动伸缩元件和压强平衡活塞向激波上游移动，将激波下游的压强传递至激波上游，从而削弱了激波的强度，另一方面则利用激波本身的压强突变，实现激波下游吸气和激波上游吹气效应，实现激波边界层干扰的自动控制，从而增强了边界层的动量，且不需要额外的能量输入。在双重控制效果下，达到了有效地减小激波边界层干扰效应的目的，且无需改变物面的曲率，避免了对边界层的不利干扰。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例激波边界层干扰控制器的结构示意图；图2为本专利技术实施例激波边界层干扰控制器在机翼上的应用示意图；图3为本专利技术实施例激波边界层干扰控制器在超音速进气道内的应用示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激波边界层干扰控制器，其特征在于，所述激波边界层干扰控制器包括：连通管道，沿物体表面气流的流动方向设于所述连通管道上游的激波上游静压孔和设于所述连通管道下游的激波下游静压孔；所述连通管道为两端闭口的管道，且所述激波下游静压孔通过所述连通管道与所述激波上游静压孔连通；所述连通管道中设置截面与所述连通管道截面相同的压强平衡活塞，以及一端与所述压强平衡活塞连接、另一端固定在所述连通管道的端部的管壁内表面的伸缩元件；所述伸缩元件和所述压强平衡活塞用于感应从所述激波下游静压孔进入的气流，并通过向所述激波上游静压孔侧移动的方式平衡所述激波上游静压孔和所述激波下游静压孔的孔口处的压强；所述连通管道无气流通过时所述压强平衡活塞位于所述激波上游静压孔和所述激波下游静压孔之间的所述连通管道中。

【技术特征摘要】
1.一种激波边界层干扰控制器，其特征在于，所述激波边界层干扰控制器包括：连通管道，沿物体表面气流的流动方向设于所述连通管道上游的激波上游静压孔和设于所述连通管道下游的激波下游静压孔；所述连通管道为两端闭口的管道，且所述激波下游静压孔通过所述连通管道与所述激波上游静压孔连通；所述连通管道中设置截面与所述连通管道截面相同的压强平衡活塞，以及一端与所述压强平衡活塞连接、另一端固定在所述连通管道的端部的管壁内表面的伸缩元件；所述伸缩元件和所述压强平衡活塞用于感应从所述激波下游静压孔进入的气流，并通过向所述激波上游静压孔侧移动的方式平衡所述激波上游静压孔和所述激波下游静压孔的孔口处的压强；所述连通管道无气流通过时所述压强平衡活塞位于所述激波上游静压孔和所述激波下游静压孔之间的所述连通管道中。2.根据权利要求1所述的激波边界层干扰控制器，其特征在于，所述连通管道中悬空设置导杆，所述导杆的两端固定在所述连通管道的管壁上，所述导杆穿过所述压强平衡活塞，使所述压强平衡活塞沿所述导杆移动。3.根据权利要求1所述的激波边界层干扰控制器，其特征在于，所述激波下游静压孔为一个，所述激波上游静压孔为多个。4.根据权利要求1所述的激波边界层干扰控制器，其特征在于，所述激波下游静压孔放置于作用在所述物体表面的正激波的下游，所述激波上游静压孔放置于所述正激波的上游，所述激波下游静...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓枫，章胜华，
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