一种激波聚焦电火花射流激励器制造技术

本发明专利技术公开了一种激波聚焦电火花射流激励器,包括首尾依次连通的等离子体激励管、激波转变管、激波聚焦管。本发明专利技术中的激波聚焦电火花射流激励器是对普通激波管的改进，将普通激波管的初始低压段腔体外形改变成光滑收缩形状。激波聚焦电火花射流激励器的内部腔体结构包括三个部分：等离子体激励区、激波转变区和激波聚焦区，其内部腔体在垂直于水平轴线方向(射流方向)的截面为一系列直径不同的圆形，这种管体结构使得激波在收缩段腔体内运动过程中逐步聚焦，激波强度增大，可以在不改变放电激励能量的情况下大幅提高射流的速度和能量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种激波聚焦电火花射流激励器


[0001]本专利技术涉及流动控制
，具体为一种激波聚焦电火花射流激励器。

技术介绍

[0002]近些年，随着高速流动中的光学测量手段的发展和应用，对于高速高雷诺数喷气流动中的物理规律和气动力的研究能够更为详细。其中关于射流和高速流动边界层混合的试验研究对于射流在流动控制中的应用发展有着不可估量的作用。
[0003]在实际中，射流对于流动的主动控制效果取决于高可靠性、低能耗、低功率、高灵敏度的射流激励器的发展。在流动控制领域，已经发展出很多种类的激励器，包括洛伦兹力激励器、压电震荡激励器、人工合成射流激励器和燃烧驱动射流激励器。
[0004]电火花射流激励器能够在不改变物体气动结构的条件下控制高速流动，不借助于活动的机械结构产生高速射流穿透超声速(或者亚声速)的边界层。在推迟层流向湍流的转捩、分离的附面层再附、增强附面层底部能量以及附面层掺混等控制中有着很强的应用潜力，可以达到对翼型和机翼等流动的减阻和增升效果。约翰霍普金斯大学物理实验室对于电火花射流激励器的概念提出和设计以及后期的试验和数值模拟研究做了大量的工作。目前已有的专利是：US2004/0021041A1，同时“SPARKJET ACTUATORS FOR FLOW CONTROL(AIAA 2003
‑
57)”和“CHARACTERIZATION OF SPARKJET ACTUATORS FOR FLOW CONTROL(AIAA 2004
‑
89)”等很多论文对第一代和第二代电火花射流激励器有详细的试验和数值模拟研究。放电激励后，高温高压等离子体气体在传统的第一代和第二代电火花射流激励器的腔体内部流动过程中，由于腔体内部形状变化不够光滑，从而产生复杂的旋涡结构，气体动能在腔体内部的损失较大，直接导致射流的速度和能量无法达到理想的效果，因此现有射流激励器的能量利用效率普遍较低。综合以上，若采用传统的电火花射流激励器，在实际流动控制中需要较大输入能量，效率不高。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种激波聚焦电火花射流激励器，为了克服现有射流激励器中存在的射流效果差、效率低、耗能高等不足的问题。
[0006]本专利技术提供了一种激波聚焦电火花射流激励器，包括：
[0007]首尾依次连通的等离子体激励管、激波转变管、激波聚焦管；
[0008]所述等离子体激励管的内部腔体为等离子体激励区，所述等离子体激励管的管体外形为圆柱形；
[0009]所述激波转变管的内部腔体为激波转变区，所述激波转变管的管壁垂直于中心轴线的横截面轮廓线为一系列直径不同的圆形，一系列所述圆形的半径沿射流方向依次递减，所述激波转变管沿轴向截面的轮廓线为上下相互对称分布的椭圆弧；
[0010]所述激波聚焦管的内部腔体为激波聚焦区，所述激波聚焦管的管体外形为圆锥台；
[0011]所述激波转变管的第一端与等离子体激励管相连通，所述激波转变管的第二端与激波聚焦管的第一端相连通，所述激波聚焦管的第二端为射流出口；
[0012]所述激波转变管的第一端的管口内径大于激波转变管的第二端的管口内径，所述激波聚焦管的第一端的管口内径大于激波聚焦管的第二端的管口内径。
[0013]优选的，所述椭圆弧的参数方程为：
[0014][0015]其中x轴与所述激波转变管的中心轴线相平行，且所述激波转变管的第二端的管口管壁位于x轴上；
[0016]y轴与所述激波转变管的中心轴线相垂直，且所述激波转变管的第一端的管口管壁位于位于y轴上；
[0017]C1为所述激波转变管的管体长度；
[0018]C3为所述激波转变管的第一端的管体内半径；
[0019]C2为所述激波转变管的第一端的管体内半径与所述激波聚焦管的第一端的管体内半径之差；
[0020]φ为所述椭圆弧的离心角，其中0≤φ≤0.5π。
[0021]优选的，所述激波转变管的管体长度大于所述激波转变管的第一端的管体内半径。
[0022]优选的，所述激波转变管的管体长度大于所述等离子体激励管的管体长度及所述激波聚焦管的管体长度。
[0023]优选的，所述等离子体激励管内设有电火花放电激励器，所述电火花放电激励器采用周期性激励。
[0024]优选的，所述激波聚焦管沿轴向截面的管壁轮廓线与激波转变管沿轴向截面的管壁轮廓线相切，所述激波转变管的管壁与激波聚焦管的管壁的连通点为相切点。
[0025]优选的，所述等离子体激励管、激波转变管、激波聚焦管的内部腔体均由绝缘的陶瓷材料制成，外壁均由黄铜合金材料制成。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0027]本专利技术中的新型激波聚焦电火花射流激励器的激波聚焦管是对普通激波管的改进，将普通激波管的初始低压段腔体外形改变成光滑收缩形状，激波聚焦电火花射流激励器内部腔体结构包括三个部分：火花放电的等离子体激励区、激波转变区和尾部圆锥形的激波聚焦区，激波转变区和尾部圆锥体的激波聚焦区的腔体在垂直于水平轴线方向(射流方向)的截面为一系列直径不同的圆形，这种管体结构使得激波在收缩段腔体内运动过程中逐步聚焦，激波强度增大。本专利技术可以在不改变放电激励能量的情况下大幅提高射流的速度和能量。
附图说明
[0028]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0029]图1是本专利技术提出的一种激波聚焦电火花射流激励器腔体的剖面结构示意图；
[0030]图2是本专利技术提出的一种激波聚焦电火花射流激励器腔体的侧视结构示意图；
[0031]图3是本专利技术提出的一种激波聚焦电火花射流激励器和第二代电火花射流激励器在各自出口处中心轴线上点的射流速度
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时间曲线；
[0032]图4是本专利技术提出的一种激波聚焦电火花射流激励器和第二代电火花射流激励器各自距离出口2.68mm处中心轴线上点的射流速度
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时间曲线；
[0033]图5是本专利技术提出的一种激波聚焦电火花射流激励器和第二代电火花射流激励器各自距离出口5.68mm处中心轴线上点的射流速度
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时间曲线；
[0034]图6是本专利技术提出的一种激波聚焦电火花射流激励器在射流中心高速区最远距离出口2.5mm时刻的马赫数云图；
[0035]图7是本专利技术提出的一种激波聚焦电火花射流激励器在射流中心高速区最远距离出口2.5mm时刻的x轴方向上的速度云图；
[0036]图8是本专利技术提出的一种激波聚焦电火花射流激励器在射流中心高速区最远距离出口10mm时刻的马赫数云图；
[0037]图9是本专利技术提出的一种激波聚焦电火花射流激励器在射流中心高速区最远距离出口10mm时刻的x轴方向上的速度云图；
[0038]图10是第二代电火花射流激励器在射流中心高速区最远距离出口2.5mm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激波聚焦电火花射流激励器，其特征在于，包括：首尾依次连通的等离子体激励管(101)、激波转变管(102)、激波聚焦管(103)；所述等离子体激励管(101)的内部腔体为等离子体激励区，所述等离子体激励管(101)的管体外形为圆柱形；所述激波转变管(102)的内部腔体为激波转变区，所述激波转变管(102)的管壁垂直于中心轴线的横截面轮廓线为一系列直径不同的圆形，一系列所述圆形的半径沿射流方向依次递减，所述激波转变管(102)沿轴向截面的轮廓线为上下相互对称分布的椭圆弧(1021)；所述激波聚焦管(103)的内部腔体为激波聚焦区，所述激波聚焦管(103)的管体外形为圆锥台；所述激波转变管(102)的第一端与等离子体激励管(101)相连通，所述激波转变管(102)的第二端与激波聚焦管(103)的第一端相连通，所述激波聚焦管(103)的第二端为射流出口；所述激波转变管(102)的第一端的管口内径大于激波转变管(102)的第二端的管口内径，所述激波聚焦管(103)的第一端的管口内径大于激波聚焦管(103)的第二端的管口内径。2.根据权利要求1所述的一种激波聚焦电火花射流激励器，其特征在于：所述椭圆弧(1021)的参数方程为：其中x轴与所述激波转变管(102)的中心轴线相平行，且所述激波转变管(102)的第二端的管口管壁位于x轴上；y轴与所述激波转变管(102)的中心轴线相垂直，且所述激波转变管(102)的第一端的管...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈真利，张燊，焦子涵，丁博，
申请(专利权)人：北京临近空间飞行器系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：