RU2716650C1

RU2716650C1 - Pulse resonator ejector

Info

Publication number: RU2716650C1
Application number: RU2019130834A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Воеводин; Дмитрий Игоревич Варганов; Антон Андреевич Корняков; Александр Сергеевич Петров; Георгий Григорьевич Судаков
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2020-03-13

Abstract

FIELD: jet equipment.

SUBSTANCE: invention relates to jet engineering, particularly, to gas ejectors. Ejector comprises an underwater channel, a mixing chamber, a vacuum chamber with a slit connecting it with the gas bleed zone, an outlet diffuser and a cavity and a resonator tube installed between the underwater channel and the mixing chamber, which together form a resonator.

EFFECT: invention increases the ejection ratio by 2–2,5 times.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к струйной технике, а конкретно к газовым эжекторам и может быть использовано в индустриальной промышленности для откачки газов, пылевоздушных смесей в пылезащитных устройствах, в системах обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также в авиации в системах управления обтеканием летательного аппарата (ЛА) при дозвуковых и околозвуковых скоростях полета.The invention relates to inkjet technology, and in particular to gas ejectors and can be used in the industrial industry for pumping gases, dusty air mixtures in dustproof devices, in heating, ventilation and air conditioning systems, as well as in aviation in aircraft flow control systems (LA) at subsonic and transonic flight speeds.

Для управления обтеканием крыла ЛА с целью его перестройки в благоприятном направлении используются устройства (актуаторы) различных типов. Как правило, эти устройства тем или иным способом формируют струю газа, которая может быть направлена в чувствительные зоны обтекания и вызвать его перестройку в благоприятном направлении.To control the flow around the wing of an aircraft with a view to its reconstruction in a favorable direction, devices (actuators) of various types are used. As a rule, these devices in one way or another form a gas stream, which can be directed into sensitive flow zones and cause its rearrangement in a favorable direction.

Известен актуатор, работающий на газе высокого давления, осуществляющий с помощью специального пневматического устройства формирование пульсирующего выдува в одной области течения и постоянного отсоса пограничного слоя в другой: Arwatz, G., Fono, I., and Seifert, A. "Suction and oscillatory blowing actuator modeling and validation," AIAA journal, Vol. 46, No. 5, 2008, pp. 1107-1117. Основным недостатком подобных актуаторов является необходимость отбора газа высокого давления от двигателя или от специального компрессора.A known actuator operating on high-pressure gas, using a special pneumatic device, generates pulsating blowing in one flow region and constant suction of the boundary layer in another: Arwatz, G., Fono, I., and Seifert, A. "Suction and oscillatory blowing actuator modeling and validation, "AIAA journal, Vol. 46, No. 5, 2008, pp. 1107-1117. The main disadvantage of such actuators is the need to select high pressure gas from the engine or from a special compressor.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является импульсный плазменный тепловой актуатор эжекторного типа (патент РФ №2637235), состоящий из подводного канала, обратного клапана, сопла эжектора, камеры смешения, полости разрежения, выходного диффузора и разрядной камеры со встроенными игольчатыми электродами, при этом полость разрежения выполнена со щелью, соединяющей ее с поверхностью крыла.The closest analogue adopted for the prototype is an ejector-type pulsed plasma thermal actuator (RF patent No. 2637235), consisting of an underwater channel, a check valve, an ejector nozzle, a mixing chamber, a vacuum cavity, an output diffuser and a discharge chamber with built-in needle electrodes, this rarefaction cavity is made with a slit connecting it to the surface of the wing.

Недостатком известного актуатора является необходимость наличия в системе управления импульсного высоковольтного источника питания значительной мощности.A disadvantage of the known actuator is the need for a high-voltage switching power supply of significant power in the control system.

Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является повышение коэффициента эжекции газа, упрощение схемы устройства, существенное сокращение затрат энергии, повышение экономичности по расходу высоконапорного газа.The objective and technical result of the present invention is to increase the coefficient of gas ejection, simplify the circuit of the device, significantly reduce energy costs, increase the efficiency in the consumption of high-pressure gas.

Решение задачи и технический результат достигается тем, что импульсный резонаторный эжектор, содержащий подводной канал, камеру смешения, полость разрежения со щелью, соединяющей ее с областью отбора газа и выходной диффузор, дополнительно содержит установленные между подводным каналом и камерой смешения полость и резонаторную трубку, образующие совместно резонатор.The solution of the problem and the technical result is achieved by the fact that the pulsed resonator ejector containing an underwater channel, a mixing chamber, a rarefaction cavity with a slit connecting it to the gas extraction area and an output diffuser further comprises a cavity and a resonator tube installed between the underwater channel and the mixing chamber, forming jointly resonator.

На фигуре 1 приведена схема резонаторного импульсного эжектора.The figure 1 shows a diagram of a resonant pulse ejector.

На фигуре 2 приведены результаты экспериментальных стендовых исследований зависимости объемов эжектируемого газа при работе эжектора в стационарном и импульсном режимах в зависимости от расхода высоконапорного газа.The figure 2 shows the results of experimental bench studies of the dependence of the volumes of ejected gas during operation of the ejector in stationary and pulsed modes, depending on the flow rate of high-pressure gas.

На фигуре 3 приведен график величин коэффициента эжекции при разных режимах работы эжектора.The figure 3 shows a graph of the values of the coefficient of ejection for different modes of operation of the ejector.

Импульсный резонаторный эжектор (фиг. 1) состоит из трассы подвода импульсов высокого давления 1, резонатора, состоящего из полости 2 и резонаторной трубки 3, полости разрежения 4, в которую производится отсос внешней среды через щель 5, камеры смешения 6, переходящей в выходной диффузор 7.The pulsed resonator ejector (Fig. 1) consists of a path for supplying high-pressure pulses 1, a resonator consisting of a cavity 2 and a resonator tube 3, a vacuum cavity 4, into which the external medium is sucked through slit 5, and a mixing chamber 6, which passes into the output diffuser 7.

Принцип работы импульсного резонаторного эжектора следующий: на вход импульсного резонаторного эжектора по трассе 1 подаются импульсы избыточного давления с некоторой скважностью. Форма импульсов давления и величина скважности принципиального значения не имеют (лабораторный образец испытывался при импульсах давления, по форме близких к положительным синусоидальным, и скважности, равной трем). Во время положительного импульса давления происходит расход высоконапорного газа. В результате в полости резонатора 2 и резонаторной трубке 3 возникают собственные колебания давления (как положительные, так и отрицательные) определенной амплитуды, зависящей от добротности резонатора. При этом в резонаторной трубке 3 возникает возвратно-поступательное течение газа. Поступательное (выдув) во время прохождения положительного импульса давления и возвратное во время между импульсами. Резонаторная трубка 3 является одновременно высоконапорным соплом эжектора. Во время истечения газа из сопла эжектор создает разрежение в камере 4 и происходит отсос газа из области отбора газа через щель 5. Во время обратного течения газа в трубку 3 также засасывается газ из камеры 4 и из области отбора газа через щель 5. Таким образом, отсос газа через щель 5 происходит непрерывно как во время положительного импульса давления, во время которого происходит расход высоконапорного газа, так и в промежутке между импульсами, когда расход высоконапорного газа равен нулю. При этом возникает значительное уменьшение расхода высоконапорного газа и увеличение коэффициента эжекции.The principle of operation of a pulsed resonator ejector is as follows: overpressure pulses with a certain duty cycle are applied to the input of a pulsed resonator ejector along path 1. The shape of the pressure pulses and the duty cycle are of no fundamental importance (the laboratory sample was tested with pressure pulses similar in shape to positive sinusoidal, and duty cycle equal to three). During a positive pressure pulse, high-pressure gas flows. As a result, intrinsic pressure fluctuations (both positive and negative) of a certain amplitude arise in the cavity of the resonator 2 and the resonator tube 3, depending on the quality factor of the resonator. In this case, a reciprocating gas flow occurs in the resonator tube 3. Progressive (blowing) during the passage of a positive pressure impulse and return during between pulses. The resonator tube 3 is simultaneously a high-pressure nozzle of the ejector. During the outflow of gas from the nozzle, the ejector creates a vacuum in the chamber 4 and the gas is sucked out from the gas extraction area through the slot 5. During the gas backflow into the tube 3, gas is also sucked from the chamber 4 and from the gas extraction area through the gap 5. Thus, gas suction through slit 5 occurs continuously both during a positive pressure pulse during which the high-pressure gas flows and in the interval between pulses when the high-pressure gas flows equal to zero. This causes a significant decrease in the flow rate of high-pressure gas and an increase in the ejection coefficient.

При использовании импульсного резонаторного эжектора в качестве устройства управления обтеканием крыла на крейсерских режимах, областью отбора газа является внешняя поверхность крыла.When using a pulsed resonator ejector as a device for controlling the flow around the wing in cruising modes, the gas sampling area is the outer surface of the wing.

Наличие в конструкции резонаторного импульсного эжектора резонатора, обеспечивает повышенную экономичность конструкции по расходу высоконапорного газа.The presence in the design of the resonator pulse ejector resonator, provides increased efficiency design for the flow of high-pressure gas.

Основная экспериментально определяемая резонансная частота для исследуемой конструкции эжектора равнялась f≈60 Гц. Видно, что импульсный режим работы на частотах далеких от резонанса («Не резонансный импульсный режим 40 Гц» на фиг. 2) уже обеспечивает значительную экономию расхода высоконапорного газа, необходимого для достижения заданного расхода эжекции. Резонансный режим работы эжектора («Резонансный импульсный режим 60 Гц» на фиг. 2) увеличивает его производительность по расходу эжектируемого газа еще на 20-25%.The main experimentally determined resonant frequency for the studied ejector design was f≈60 Hz. It can be seen that the pulsed mode of operation at frequencies far from resonance (“Non-resonant pulsed mode of 40 Hz” in Fig. 2) already provides significant savings in the flow of high-pressure gas necessary to achieve a given ejection rate. The resonant operation mode of the ejector (“Resonant pulse mode 60 Hz” in Fig. 2) increases its productivity in the flow rate of the ejected gas by another 20-25%.

Коэффициент эжекции (фиг. 3), равный отношению массовых расходов эжектируемого и высоконапорного газов, также значительно возрастает при импульсных режимах работы эжектора, даже на далеких от резонанса частотах.The ejection coefficient (Fig. 3), which is equal to the ratio of the mass flow rates of the ejected and high-pressure gases, also increases significantly with pulsed modes of the ejector, even at frequencies far from resonance.

На резонансном режиме коэффициент эжекции в 2-2.5 раза выше, чем при стационарном. Наиболее эффективны резонансные режимы работы эжектора при малых и средних величинах расхода высоконапорного газа.In resonance mode, the ejection coefficient is 2-2.5 times higher than in stationary mode. The most effective resonant modes of the ejector at small and medium flow rates of high-pressure gas.

Claims

Импульсный резонаторный эжектор, содержащий подводной канал, камеру смешения, полость разрежения со щелью, соединяющей ее с областью отбора газа, и выходной диффузор, отличающийся тем, что дополнительно содержит установленные между подводным каналом и камерой смешения полость и резонаторную трубку, образующие совместно резонатор.A pulsed resonator ejector containing an underwater channel, a mixing chamber, a rarefaction cavity with a slit connecting it to the gas extraction region, and an output diffuser, characterized in that it further comprises a cavity and a resonator tube installed between the underwater channel and the mixing chamber, forming a joint cavity.