[实用新型]一种抑制激波作用下边界层分离的涡流发生器结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及超音流动控制领域，是一种用于提高激波作用下边界层抵抗分离能力的控制装置，具体来说是一种抑制激波作用下边界层分离的涡流发生器结构。

背景技术

激波边界层干涉是超音气体流动中的一种气动现象，常见于超音进气道和超音压气机中。激波边界层干涉现象的存在极易诱导边界层的分离，使得流场恶化，导致气流增压能力受限，并且增加了流动损失，不利于提高压气机和进气道的效率。涡流发生器是一种用于改善激波边界层干涉诱导的流场分离的装置，其诱导的涡旋结构能够促使边界层外部高动量流体与边界层内部低动量流体进行能量交换，提高边界层内部流体动量以提高边界层抗分离能力。然而，由于现有涡流发生器结构诱导的涡旋之间具有相互弱化作用且迅速抬升远离壁面边界层，限制了其控制边界层的作用，不利于进一步提高边界层抗分离的能力。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种新型涡流发生器结构，该涡流发生器结构组成的涡流发生器排能够在其下游诱导一排涡旋结构。这些涡旋之间距离固定且具有相同的旋转方向，不仅涡旋之间相互弱化作用小，而且相比传统的涡流发生器诱导的涡旋有效地增大了在边界层附近能够保持的距离。因此这种新型涡流发生器结构组成的涡流发生器排增强了边界层抗分离的能力。

为实现上述技术目的，本实用新型的涡流发生器结构通过以下技术方案实现：一种抑制激波作用下边界层分离的涡流发生器结构，包括至少一个涡流发生器，其特征在于，所述涡流发生器为四面体结构，包括一底面、一斜面和两个侧面，所述底面和斜面的交界处构成所述涡流发生器的前缘，所述两个侧面的交界处构成所述涡流发生器的尾缘，所述尾缘基本垂直于所述底面。

优选地，所述涡流发生器设置于工作表面上，其底面贴附在所述工作表面上。

优选地，所述涡流发生器的前缘基本垂直于所述工作表面上的工作流体的方向，所述涡流发生器的尾缘基本垂直于所述工作表面。

优选地，所述涡流发生器的前缘宽度W与其尾缘高度H成正比，比值为2～4。

优选地，所述涡流发生器沿流向长度L与其尾缘高度H成正比，比值为5～10。

优选地，所述涡流发生器尾缘高度H与其所在位置处的激波边界层厚度B成正比，比值为0.3～0.8。

优选地，所述涡流发生器设置于激波边界层干涉区上游，与干涉区前缘所在位置的距离正比于所述涡流发生器所在位置处的边界层厚度B，比值为15-30。优选地，所述涡流发生器结构，包括多个涡流发生器，所述多个涡流发生器平行排列且前缘基本位于同一直线上，构成涡流发生器排。

优选地，所述多个涡流发生器均匀安装在工作表面上，相邻两涡流发生器之间的间距S基本相同。

优选地，相邻两涡流发生器之间的间距S与涡流发生器的尾缘高度H成正比，比值为6～10。

本实用新型的所述涡流发生器排布置于激波边界层干涉区的上游，均匀安装在上游壁面的表面，位于壁面边界层内部。

本实用新型的所述涡流发生器排位于激波边界层干涉区上游，与干涉区前缘所在位置的距离正比于涡流发生器排所在位置处的边界层厚度B，比值为15-30。

本实用新型的所述涡流发生器形状为四面体结构，超音气流在每个涡流发生器的后部产生一道涡旋结构。

本实用新型的抑制激波作用下边界层分离的涡流发生器结构与现有技术相比较有如下有益效果：超音气流在每个涡流发生器的后部产生一道涡旋结构，涡流发生器排能够在其下游诱导一排涡旋结构。这些涡旋之间距离固定且具有相同的旋转方向，不仅涡旋之间相互弱化作用小，而且相比传统的涡流发生器诱导的涡旋有效地增大了在边界层附近能够保持的距离，提高了激波边界层干涉区下游边界层的抗分离能力，同时也改善了激波边界层干涉区的分离区尺寸。

附图说明

图1为一种斜激波与边界层相互作用案例图示；

图2为本实用新型所述涡流发生器的结构示意图；

图3为本实用新型所述涡流发生器的相对排列示意图；

图4为本实用新型所述涡流发生器排的排列示意图；

图5为本实用新型所述涡流发生器的尾缘高度与所处流场边界层高度对比图；

图6为本实用新型所述涡流发生器的尺寸参数图，其中(A)为俯视图，(B)为主视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。