一种单反馈通道振荡射流激励器的制作方法

1.本发明涉及流动控制技术领域，具体是一种单反馈通道振荡射流激励器。

背景技术：

2.无论是在军用、民用还是通用航空领域，飞机对短距起降能力的需求均愈加迫切。现代运输机需要直飞战区一线，大型运输机要在野战机场上起降必须采用高效增升系统。在民用航空领域，随着运输量日益增加，未来民机应缩短起降距离以提高机场容纳量。在通用航空领域，我国远海救援能力应保障渔民远海作业的需求，这要求提高水陆两栖飞机起降性能以改善其抗浪性。机械式增升装置已难以满足上述需求，应用主动流动控制技术是满足该需求的一种途径。
3.相比于定常吹气、合成射流、协同射流等控制方式，振荡射流激励器没有任何运动部件，具有结构简单、鲁棒性强等优点，且射流振荡频率可以在10hz到20khz之间变化，可以用在气流分离控制、腔体噪声抑制、泥沙淤积抑制、对流散热、燃烧控制等领域。高效的振荡射流系统需要性能优良的激励器，这要求激励器内流损失小、射流扫掠角大、射流向流场中传递动量均匀，且激励器在几何上要具有小型化和易于集成的特点。

技术实现要素：

4.为克服现有技术的不足，本发明提供了一种单反馈通道振荡射流激励器，解决现有技术存在的内流损失大、流扫掠角小、射流向流场中传递动量不均匀、不易于集成等问题。
5.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种单反馈通道振荡射流激励器，包括沿工质流动方向依次连通的喷管、反馈段，还包括反馈通道，所述喷管还通过所述反馈通道与所述反馈段连通。
6.作为一种优选的技术方案，还包括混合段，所述混合段包括沿工质流动方向依次连通的混合段扩张部分、混合段平直部分、混合段收缩部分，所述反馈段的出口与所述混合段扩张部分的入口连通，所述混合段扩张部分的内径从入口到出口逐渐增大，所述混合段平直部分的内径恒定，所述混合段收缩部分的内径从入口到出口逐渐减小。
7.作为一种优选的技术方案，还包括扩张段，所述混合段收缩部分的出口与所述扩张段的入口连通，所述扩张段的内径从入口到出口逐渐增大。
8.作为一种优选的技术方案，所述反馈通道的数量为一个，反馈通道的入口、反馈通道的出口分别连接于所述喷管的对向两侧面。
9.作为一种优选的技术方案，d≥0.6b，r
f1
≥0.8b，r
f2
≥0.8b；当hd≥1mm时，r
f3
=hd且r
f4
=hd，当hd≤1mm时，r
f3
=1mm且r
f4
=1mm；其中，d表示反馈通道的宽度，b表示反馈段的入口内径，r
f1
表示反馈通道靠近喷管入口一端的圆角半径，r
f2
表示靠近喷管出口一端的圆角半径，hd表示扩张段的高度，r
f3
表示与r
f1
相连的圆角半径，r
f4
表示与r
f2
相连的圆角半径。
10.作为一种优选的技术方案，lf=2.4b，r1≤0.6b，h
t1
=1.8b；其中，lf表示反馈段的长
度，r1表示反馈段的出口处倒圆角的圆角半径，h
t1
表示反馈段的出口的内径。
11.作为一种优选的技术方案，θm≤25
°
；主流为亚声速时，hm的范围为[3.5b，5b）,h
t2
=1.8b；主流为超声速时,hm的范围为[3b，3.5b）,h
t2
=1.5b；混合段平直部分与扩张段的入口通过圆弧连接，圆弧的半径为(h
m-h
t2
)/2；其中，θm表示混合段扩张部分的倾斜角度，hm表示混合段平直部分的内径，h
t2
表示扩张段的入口的内径。
[0012]
作为一种优选的技术方案，主流为亚声速时，θe的范围为[40
°
，45
°
），he=6b；主流为超声速时，θe的范围为[45
°
，50
°
），he=4b；其中，θe表示扩张段的扩张角，he表示扩张段的出口的内径。
[0013]
作为一种优选的技术方案，hd≥0.5b。
[0014]
作为一种优选的技术方案，所述喷管为收敛喷管。
[0015]
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：（1）本发明提供一种单反馈通道振荡射流激励器，其能够通过简单结构实现振荡射流，并且其内流损失小、射流扫掠范围大、向流场中传递动量均匀程度好，可以增强流动控制效果和提升控制效率；（2）本发明采用单反馈通道来简化激励器结构，减小内流损失，采用扩张—收缩式混合段增大射流扫掠角和向流场中传递动量的均匀程度，采用扩张段增大射流在扩张段出口处的偏移量，改善了分离控制效果。
附图说明
[0016]
图1为本发明所述的一种单反馈通道振荡射流激励器的结构示意图；图2为图1的一个横剖视图；图3为图1的以x-y平面为剖面的一个纵剖视图；图4为本发明向下振荡过程的工质流向示意图；图5为本发明向上振荡过程的工质流向示意图。
[0017]
附图中标记及相应的零部件名称：1-喷管，2-反馈通道，3-反馈段，4-混合段扩张部分，5-混合段平直部分，6-混合段收缩部分，7-扩张段。
具体实施方式
[0018]
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0019]
实施例1如图1至图5所示，一种单反馈通道振荡射流激励器，包括沿工质流动方向依次连通的喷管1、反馈段3，还包括反馈通道2，所述喷管1还通过所述反馈通道2与所述反馈段3连通。
[0020]
本发明采用单反馈通道来简化激励器结构，减小内流损失；而且本发明没有任何运动部件，具有结构简单、易于集成、鲁棒性强等优点，可以用在气流分离控制、腔体噪声抑制、泥沙淤积抑制、对流散热、燃烧控制等领域。
[0021]
作为一种优选的技术方案，还包括混合段，所述混合段包括沿工质流动方向依次连通的混合段扩张部分4、混合段平直部分5、混合段收缩部分6，所述反馈段3的出口与所述
混合段扩张部分4的入口连通，所述混合段扩张部分4的内径从入口到出口逐渐增大，所述混合段平直部分5的内径恒定，所述混合段收缩部分6的内径从入口到出口逐渐减小。
[0022]
本发明采用扩张—收缩式混合段增大射流扫掠角和向流场中传递动量的均匀程度。
[0023]
作为一种优选的技术方案，还包括扩张段7，所述混合段收缩部分6的出口与所述扩张段7的入口连通，所述扩张段7的内径从入口到出口逐渐增大。
[0024]
本发明采用扩张段增大射流在扩张段出口处的偏移量，改善了分离控制效果。
[0025]
作为一种优选的技术方案，所述反馈通道2的数量为一个，反馈通道2的入口、反馈通道2的出口分别连接于所述喷管1的对向两侧面。
[0026]
工作时，来自外部的高压气流从喷管1高速喷出，进入扩张—收缩式混合段，进入混合段的气流在科恩达效应的作用下沿混合段上壁面流动，并形成分离涡，气流在壁面和分离涡的作用下向扩张段7流动并发生偏转，沿扩张段7壁面喷出，在分离涡的卷吸作用下部分流体流入下反馈通道2口，进入反馈通道2的反馈气流将从上反馈通道2口流出，并将主流推向另一侧壁面，气流遂在壁面和分离涡的作用下沿混合段下壁面流动，与沿上壁面的流动过程一样。重复此流动过程，便形成振荡射流。
[0027]
作为一种优选的技术方案，d≥0.6b，r
f1
≥0.8b，r
f2
≥0.8b；当hd≥1mm时，r
f3
=hd且r
f4
=hd，当hd≤1mm时，r
f3
=1mm且r
f4
=1mm；其中，d表示反馈通道2的宽度，b表示反馈段3的入口内径，r
f1
表示反馈通道2靠近喷管1入口一端的圆角半径，r
f2
表示靠近喷管1出口一端的圆角半径，hd表示扩张段7的高度，r
f3
表示与r
f1
相连的圆角半径，r
f4
表示与r
f2
相连的圆角半径。
[0028]
作为一种优选的技术方案，lf=2.4b，r1≤0.6b，h
t1
=1.8b；其中，lf表示反馈段3的长度，r1表示反馈段3的出口处倒圆角的圆角半径，h
t1
表示反馈段3的出口的内径。
[0029]
作为一种优选的技术方案，θm≤25
°
；主流为亚声速时，hm的范围为[3.5b，5b,h
t2
=1.8b；主流为超声速时,hm的范围为[3b，3.5b,h
t2
=1.5b；混合段平直部分5与扩张段7的入口通过圆弧连接，圆弧的半径为(h
m-h
t2
)/2；其中，θm表示混合段扩张部分4的倾斜角度，hm表示混合段平直部分5的内径，h
t2
表示扩张段7的入口的内径。
[0030]
作为一种优选的技术方案，主流为亚声速时，θe的范围为[40
°
，45
°
），he=6b；主流为超声速时，θe的范围为[45
°
，50
°
），he=4b；其中，θe表示扩张段7的扩张角，he表示扩张段7的出口的内径。
[0031]
作为一种优选的技术方案，hd≥0.5b。
[0032]
以上尺寸的设置，使得本发明内流损失更小、射流扫掠范围更大、向流场中传递动量均匀程度更好，便于进一步增强流动控制效果和进一步提升控制效率。
[0033]
作为一种优选的技术方案，所述喷管1为收敛喷管。
[0034]
收敛喷管便于进一步增强流动控制效果和进一步提升控制效率，而且结构简单、重量轻。
[0035]
实施例2如图1至图5所示，作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，本实施例还包括以下技术特征：本发明提供一种单反馈通道振荡射流激励器，其能够通过简单结构实现振荡射
流，并且其内流损失小、射流扫掠范围大、向流场中传递动量均匀程度好，可以增强流动控制效果和提升控制效率。本发明采用单反馈通道来简化激励器结构，减小内流损失，采用扩张—收缩式混合段增大射流扫掠角和向流场中传递动量的均匀程度，采用扩张段增大射流在扩张段出口处的偏移量，改善了分离控制效果。
[0036]
本发明采用以下技术方案来实现：一种单反馈通道振荡射流激励器，包括喷管1（优选收敛喷管）、反馈通道2、反馈段3、混合段扩张部分4、混合段平直部分5、混合段收缩部分6、扩张段7。流动工质为气体。
[0037]
优选的，主要几何参数有入口高度b、反馈通道2宽度d、反馈通道2圆角r
f1
和r
f2
、反馈通道2圆角r
f3
和r
f4
、反馈段3长度lf、第一圆角半径r1、第一喉道h
t1
、混合段扩张角θm、混合段高度hm、混合段内扩张与平直部分的长度lm、第二圆角半径r2、第二喉道h
t2
、扩张段7扩张角θe、出口高度he、喷缝高度hd。
[0038]
优选的，具有一个反馈通道2，一部分主流在混合段内分离涡的作用下流入反馈通道2，使得射流振荡。
[0039]
优选的，具有反馈段3，其为反馈流动与主流相互作用的区域，反馈段3上下与反馈通道2连接。
[0040]
优选的，具有扩张—收缩式混合段，混合段收缩部分6可以增大射流偏角，并延迟混合段内分离涡脱落。
[0041]
优选的，具有扩张段7，以增加射流在扩张段7出口处的偏移量。
[0042]
优选的，d≥0.6b；r
f1
和r
f2
≥0.8b；当hd≥1mm时，r
f3
和r
f4
=hd，当hd≤1mm时，r
f3
和r
f4
=1mm。
[0043]
优选的，lf取2.4b、r1≤0.6b、h
t1
取1.8b。
[0044]
优选的，θm≤25
°
；主流为亚声速时hm取在3.5b至5b之间、h
t2
取1.8b，主流为超声速时hm取在3b至3.5b之间、h
t2
取1.5b；混合段平直部分5与第二喉道之间由圆弧连接，其半径为(h
m-h
t2
)/2。
[0045]
优选的，主流为亚声速时θe取在40
°
到45
°
之间、he取6b,主流为超声速时θe取在45
°
到50
°
之间、he取4b。
[0046]
优选的，hd≥0.5b。
[0047]
高压气流经喷管1加速后通过反馈段3流入混合段，并在科恩达效应的作用下向混合段壁面的一侧偏转，并在射流与另一侧壁面间形成分离涡，一部分流体会在分离涡的作用下流经反馈通道2，并在反馈通道2出口处撞击射流，从而在反馈段3形成了使得射流向另一侧偏转的压力梯度，如此循环往复形成振荡射流。
[0048]
更具体地：来自外部的高压气流从喷管1高速喷出，进入扩张—收缩式混合段，进入混合段的气流在科恩达效应的作用下沿混合段上壁面流动，并形成分离涡，气流在壁面和分离涡的作用下向扩张段7流动并发生偏转，沿扩张段7壁面喷出，在分离涡的卷吸作用下部分流体流入下反馈通道2口，进入反馈通道2的反馈气流将从上反馈通道2口流出，并将主流推向另一侧壁面，气流遂在壁面和分离涡的作用下沿混合段下壁面流动，与沿上壁面的流动过程一样。重复此流动过程，便形成振荡射流。
[0049]
本发明没有任何运动部件，具有结构简单、鲁棒性强等优点，可以用在气流分离控
制、腔体噪声抑制、泥沙淤积抑制、对流散热、燃烧控制等领域。
[0050]
如上所述，可较好地实现本发明。
[0051]
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
[0052]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

技术特征：

1.一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，包括沿工质流动方向依次连通的喷管（1）、反馈段（3），还包括反馈通道（2），所述喷管（1）还通过所述反馈通道（2）与所述反馈段（3）连通。2.根据权利要求1所述的一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，还包括混合段，所述混合段包括沿工质流动方向依次连通的混合段扩张部分（4）、混合段平直部分（5）、混合段收缩部分（6），所述反馈段（3）的出口与所述混合段扩张部分（4）的入口连通，所述混合段扩张部分（4）的内径从入口到出口逐渐增大，所述混合段平直部分（5）的内径恒定，所述混合段收缩部分（6）的内径从入口到出口逐渐减小。3.根据权利要求2所述的一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，还包括扩张段（7），所述混合段收缩部分（6）的出口与所述扩张段（7）的入口连通，所述扩张段（7）的内径从入口到出口逐渐增大。4.根据权利要求3所述的一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，所述反馈通道（2）的数量为一个，反馈通道（2）的入口、反馈通道（2）的出口分别连接于所述喷管（1）的对向两侧面。5.根据权利要求4所述的一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，d≥0.6b，r
f1
≥0.8b，r
f2
≥0.8b；当h
d
≥1mm时，r
f3
=h
d
且r
f4
=h
d
，当h
d
≤1mm时，r
f3
=1mm且r
f4
=1mm；其中，d表示反馈通道（2）的宽度，b表示反馈段（3）的入口内径，r
f1
表示反馈通道（2）靠近喷管（1）入口一端的圆角半径，r
f2
表示靠近喷管（1）出口一端的圆角半径，h
d
表示扩张段（7）的高度，r
f3
表示与r
f1
相连的圆角半径，r
f4
表示与r
f2
相连的圆角半径。6.根据权利要求5所述的一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，l
f
=2.4b，r1≤0.6b，h
t1
=1.8b；其中，l
f
表示反馈段（3）的长度，r1表示反馈段（3）的出口处倒圆角的圆角半径，h
t1
表示反馈段（3）的出口的内径。7.根据权利要求6所述的一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，θ
m
≤25
°
；主流为亚声速时，h
m
的范围为[3.5b，5b）,h
t2
=1.8b；主流为超声速时,h
m
的范围为[3b，3.5b）,h
t2
=1.5b；混合段平直部分（5）与扩张段（7）的入口通过圆弧连接，圆弧的半径为(h
m-h
t2
)/2；其中，θ
m
表示混合段扩张部分（4）的倾斜角度，h
m
表示混合段平直部分（5）的内径，h
t2
表示扩张段（7）的入口的内径。8.根据权利要求7所述的一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，主流为亚声速时，θ
e
的范围为[40
°
，45
°
），h
e
=6b；主流为超声速时，θ
e
的范围为[45
°
，50
°
），h
e
=4b；其中，θ
e
表示扩张段（7）的扩张角，h
e
表示扩张段（7）的出口的内径。9.根据权利要求8所述的一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，h
d
≥0.5b。10.根据权利要求1至9任一项所述的一种单反馈通道振荡射流激励器，其特征在于，所述喷管（1）为收敛喷管。

技术总结

本发明涉及流动控制技术领域，公开了一种单反馈通道振荡射流激励器，包括沿工质流动方向依次连通的喷管、反馈段，还包括反馈通道，所述喷管还通过所述反馈通道与所述反馈段连通。本发明解决了现有技术存在的内流损失大、流扫掠角小、射流向流场中传递动量不均匀、不易于集成等问题。集成等问题。集成等问题。

技术研发人员：

王万波 孙启翔 黄勇 王勋年 潘家鑫 覃晨 唐坤

受保护的技术使用者：

中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所

技术研发日：

2022.08.08

技术公布日：

2022/9/2