CN100458189C - 激波形状控制器 - Google Patents

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本发明提供了一种低流动损失的特别适用于超声速、高超声速进气道等流体机械的激波形状控制器，其特征在于它包括多孔或多缝板、稳压腔、管路和阀门；设置在流体机械腔体内的一端连接高压源的管路上安装有阀门，管路另一端通过流体机械内壁与设置在流体机械上盖斜板内的稳压腔相通，稳压腔与安装在流体机械上盖斜板上的多孔或多缝板相连。本发明的优点是不仅几何形状固定、结构简单、所占空间较小，而且具有控制流量小、驱动压比低的特点，因而易于在各种流体机械中集成。

Description

激波形状控制器
技术领域
本发明涉及一种低流动损失的特别适用于超声速进气道、高超声速进气道等流体机械的激波形状控制器。
背景技术
激波是超声速流动中的一类重要流动现象，其形状和特性在很大程度上决定了各种超声速流体机械的工作效率乃至稳定性。例如对于超声速推进***而言，激波系的配置显著影响着其进气***的流量系数和工作效率；对于超声速飞行器而言，外流场的激波显著影响着其升阻力特性。为此，若能对激波的形状和特性实现方便的控制，则有望对流体机械的工作状态进行实时调节，使其在不同工况下均工作在较优状态，提高其整体性能。然而，由于激波的形状及特性仅与来流条件(马赫数、攻角等)以及物面形状有关，因而对其的控制并不简单。目前，在工程实际中得到应用的激波控制技术均是通过改变物面的几何参数来实现的。如英国“协和”飞机的变几何进气道，便是通过改变各级压缩斜板的角度来调整进气道口部激波的角度，使不同马赫数下进气道的口部波系尽可能保持贴口状态，从而获取高的流量系数和总压恢复。该类技术的实现需要设置专门的作动机构，使得流体机械的结构变得复杂，重量显著增加，有效空间下降，可靠性降低，并带来了控制、封严等一系列问题。
另外，基于强磁场干扰的激波控制技术是目前正在研究的一类新兴技术。在物面内部埋入可控的磁场发生器，利用来流已有或人工制造的等离子环境，通过洛伦茨力来改变气流的运动方向，进而对外部流场中的激波特性进行控制。但由于需要设置等离子激发器、可控电磁场发生器、能量存储器、能量转换器等专用装置，采用该技术能获得的净收益到底如何，目前仍是一个疑问，特别是对于飞行器一类的流体机械而言。而且，强磁场的叠加还可能给飞行器的制导、通讯等方面带来不可低估的负面影响。
发明内容
1、发明目的：为了解决现有技术中需要通过配置复杂的辅助设施或需要转动流体机械的物面来对激波形状和特性进行控制的不足，本发明提供一种激波形状控制器，该激波形状控制器的几何形状固定、结构简单、容易操作、成本较低，仅仅通过调节阀门的开度即可完成对激波形状的控制。
2、技术方案：本发明所述的一种激波形状控制器，其特征在于：它包括多孔或多缝板、稳压腔、管路和阀门；设置在流体机械腔体内的一端连接高压源的管路上安装有阀门，管路另一端通过流体机械内壁与设置在流体机械上盖斜板内的稳压腔相通，稳压腔与安装在流体机械上盖斜板上的多孔或多缝板相连。通过控制阀门的开度调节由多孔或多缝板注入外部流动区间的二次流流量，即可实现对激波形状的实时控制。
若多孔或多缝板上孔或缝的轴线与流体机械板面的夹角过小则驱动压比偏高，夹角过大则流动损失偏大，所以根据对激波形状控制的实际需要，多孔或多缝板上孔或缝的轴线与流体机械板面的夹角范围可在20°～160°之间选取。
本发明的工作原理是：在产生激波的物面的前端，通过多孔或多缝板按一定的沿程分布规律向外部流动区间注入少量的二次流体16，由于注入后的二次流在物面附近需占据一定的流动空间，并且会带来扰动导致一定的总压损失，因此使得外部被控制的主流在壁面附近区域的流通能力不断减弱，其“气动等效边界”15被迫向外局部偏转。于是，在弯曲的“气动等效边界”15的前端发出了一个弱压缩波束11，而在后端则发出了一个膨胀波束12，这两个波束与物面前端发出的激波14相干扰，使得激波14局部弯曲并向外偏转，形成弯曲激波13，从而实现对激波14形状的控制。通过阀门4适当调整二次流16的流量，即可对激波14形状进行实时控制。
3、有益效果：本发明所述的激波形状控制器不仅几何形状固定、结构简单、所占空间较小，而且具有控制流量小、驱动压比低的特点，因而易于在各种流体机械中集成。并且，本发明中二次流是以分布式、连续型的方式注入的，故给外流带来的总压损失较小，有利于流体机械的高效工作。
附图说明
图1是本发明的工作原理图，图中弱压缩波束11、膨胀波束12、弯曲激波13、激波14、气动等效边界15、二次流体16。
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图2，本激波形状控制器所涉及到的部件名称包括多孔或多缝板1、稳压腔2、管路3、阀门4、高压源5和流体机械6；通过管路3从流体机械6内的高压源5中提取少量的二次流，其流量经阀门4控制且一般小于主流流量的2％，输入设置在流体机械6上盖斜板内的稳压腔2内，而后二次流以稳定的压强经多孔或多缝板1注入流体机械6上盖斜板附近的外部流场中，由于附加质量的引入以及注入扰动带来的流动损失，主流在靠近流体机械6壁面区间的流通能力不断减弱，形成弯曲的“气动边界”而被迫向外局部偏转，因而产生一束弱压缩波及一束膨胀波与流体机械6斜板前端发出的激波相干扰，使之弯曲并向外偏转。在工作过程中，可根据流体机械最佳工作状态的需要，通过控制阀门4的开度对二次流流量进行调节，从而实现对激波形状的实时控制。

Claims (2)

1、一种激波形状控制器，其特征在于：它包括多孔或多缝板(1)、稳压腔(2)、管路(3)和阀门(4)；设置在流体机械(6)腔体内的一端连接高压源(5)的所述管路(3)上安装有所述阀门(4)，所述管路(3)另一端通过所述流体机械(6)内壁与设置在流体机械(6)上盖斜板内的所述稳压腔(2)相通，所述稳压腔(2)与安装在流体机械(6)上盖斜板上的所述多孔或多缝板(1)相连。
2、根据权利要求1所述的激波形状控制器，其特征在于：所述多孔或多缝板(1)上的孔或缝的轴线与所述流体机械(6)板面的夹角范围在20°～160°之间。
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