【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空飞行器设计和风力机领域，涉及一种流动控制装置，具体涉及一种针对翼型动态失速问题的柔性薄膜自供给流动控制装置。
技术介绍
1、动态失速是指流场中进行周期振荡或临界机动动作等非定常运动的机翼/旋翼/风力机叶片周围流动发生分离，进而造成动态迟滞的现象。该现象在战斗机的过失速机动、直升机的桨叶旋转和风力机叶片的偏转等流动中非常普遍。动态失速一旦发生，将使得阻力突增、气动中心位置严重波动和气动力矩骤变，甚至诱发失速颤振等具有强破坏性的气动弹性失稳现象，严重影响直升机的高速巡航能力、风力机的发电能力以及固定翼飞机的飞行安全。因此，对机翼施加流动控制以减缓动态失速、降低气动载荷波动及提高气动弹性稳定性尤为重要。
2、目前常见的动态失速流动控制方式有吹吸气控制、等离子体控制和柔性薄膜蒙皮控制等。吹吸气和等离子体控制均属于主动流动控制，其通过增加边界层内流体动量，以达到减缓动态失速的目的，但是吹吸气需要高压气体储存装置或气泵、等离子体控制需要高压交流电源，这些辅助装置质量大，会显著增加机翼结构重量，降低机翼性能。柔性薄膜蒙皮控制属于被动流动控制，其通过将翼型局部蒙皮替换为具有大柔性的薄膜，利用薄膜的弹性变形与流场相互作用来控制流动。研究发现，在静态失速状态下，柔性薄膜蒙皮控制具有一定的效果，但在涉及动态失速等具有大迎角、大分离情况下，控制效果很有限。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提出一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，利用柔性薄膜振动和吹吸气协同
2、本专利技术基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，设计蒙皮骨架式机翼、带薄膜蒙皮的气腔，以及连接两者的特斯拉阀。
3、所述蒙皮骨架式机翼为单梁式机翼，相邻机翼翼肋间设置有金属蒙皮；同时相邻翼肋间设置有气腔，气腔包括气腔腔体与薄膜蒙皮；其中，气腔腔体固定于机翼翼梁上，顶部周向上与金属蒙皮固连，且气腔腔体的内腔与金属蒙皮上的开口连通；进一步在开口处铺设薄膜蒙皮密封。
4、所述特斯拉阀包括前缘特斯拉阀与后缘特斯拉阀；其中前缘特斯拉阀布置于气腔与机翼前缘间，前缘特斯拉阀入口与气腔腔体前部间连通，出口与机翼前缘开设的吹起口连通，使得气体在前缘特斯拉阀内从腔体流向翼面；后缘特斯拉阀出口与气腔腔体后部间连通，入口与机翼后缘开设的吸气口连通，使气体在后缘特斯拉阀内从翼面流向腔体。
5、由此，当动态失速流场在薄膜蒙皮上方产生脉动气动载荷时，在脉动气动载荷作用下薄膜蒙皮产生动态弹性变形，反向对动态失速流场产生扰动，进而改变机翼动态失速气动特性；同时作用于气腔腔体内的空气，将薄膜蒙皮振动能转化为气腔腔体内空气动能；当薄膜蒙皮向上弯曲变形时，气体从机翼后缘吸气口经后缘特斯拉阀进入气腔腔体内；当薄膜蒙皮向下弯曲变形时，气腔腔体内的气体经前缘特斯拉阀从机翼前缘吹气口吹出，进而同时实现吹吸气控制，达到薄膜蒙皮振动和吹吸气协同流动控制的效果。
6、本专利技术的优点在于：
7、1、本专利技术基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，基于金属-薄膜混合蒙皮结构，使薄膜蒙皮在动态失速脉动气动载荷作用下产生流致振动，流致振动反过来对动态失速流场产生扰动，达到动态失速控制的目的。
8、2、本专利技术基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，利用柔性薄膜蒙皮与腔体、特斯拉阀形成吹吸气装置，将柔性薄膜蒙皮流致振动能量转化为吹吸气所需的能量，利用薄膜振动能量来提升吹吸气口处气流速度，使得吹吸气控制摆脱了笨重的辅助装置，不会给机翼带来明显的附加质量，具有易于工程推广应用、结构简单和使用寿命长等优点。同时，吹吸气与柔性薄膜蒙皮协同流动控制可以带来更好的动态失速控制效果。
9、3、本专利技术基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，利用特斯拉阀的单向流动特性，在后缘附近只进行吸气，在前缘附近只进行吹气，实现了机翼特定弦向位置吹/吸气可控，能够进一步提升动态失速流动控制效果。
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1.一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，其特征在于：设计蒙皮骨架式机翼、带薄膜蒙皮的气腔，以及连接两者的特斯拉阀；
2.如权利要求1所述一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，其特征在于：所述气腔为矩形盒体结构，底面设计两个与气腔内部连通空心凸台，其中前部凸台上开孔与前缘特斯拉阀入口连通；后部凸台上开孔与后缘特斯拉阀的出口连通。
3.如权利要求2所述一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，其特征在于：气腔通过底面两凸台间的凹进部分与机翼翼梁间插接配合固定。
4.如权利要求1所述一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，其特征在于：气腔的内腔形状与金属蒙皮上开口形状相同，尺寸小于开口尺寸；气腔顶部周向外缘与金属蒙皮上开口周向间固连；气腔顶部周向内缘与薄膜蒙皮周向间固连。
5.如权利要求1所述一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，其特征在于：相邻翼肋间，前缘特斯拉阀与后缘特斯拉阀沿机翼展向等间隔布置，机翼展向全部特斯拉阀对气流造成的影响范围需覆盖整个机翼。
6.如权利要求1所述一种基于特斯拉
...【技术特征摘要】
1.一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，其特征在于：设计蒙皮骨架式机翼、带薄膜蒙皮的气腔，以及连接两者的特斯拉阀；
2.如权利要求1所述一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，其特征在于：所述气腔为矩形盒体结构，底面设计两个与气腔内部连通空心凸台，其中前部凸台上开孔与前缘特斯拉阀入口连通；后部凸台上开孔与后缘特斯拉阀的出口连通。
3.如权利要求2所述一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，其特征在于：气腔通过底面两凸台间的凹进部分与机翼翼梁间插接配合固定。
4.如权利要求1所述一种基于特斯拉阀的柔性薄膜自供给流动控制装置，其特征在于：气腔的内腔形状与金属蒙皮上开口形状相同，尺寸小于开口尺寸；气腔顶部周向外缘与金属蒙皮上开口周向间固连；气腔顶部周向内缘与薄膜蒙皮周向间固...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴玉婷，夏莹洁，黄广靖，杨超，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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