[发明专利]超声速流道中辅助边界层抽吸方法

权利要求书

1.一种超声速流道中辅助边界层抽吸方法，

超声速流道中近壁区边界层内流体速度从壁面向外逐渐由零增大至超声速主流速度，

所述超声速流道中靠近壁面的区域为边界层流体(1)，

所述边界层流体(1)中紧邻壁面的流体为底层低速流体(3)，所述边界层流体(1)中靠近超声速主流部分的流体为上层高速流体(4)，

其特征在于，

将微型涡流发生器(2)设于边界层内部，以通过流动控制技术将边界层的所述底层低速流体(3)抽除，避免因边界层的底层低速流体(3)的速度和能量过低而引发大尺度流动分离，同时保留边界层的上层高速流体(4)，以减低流量损失；

所述流动控制技术包括：通过所述微型涡流发生器(2)使包含有所述边界层流体(1)在内的上游来流在向下游流动的同时随所述微型涡流发生器(2)表面逐渐抬升；

通过在所述微型涡流发生器(2)上表面两侧设置后掠边缘，以使移动至后掠边缘的边界层的所述底层低速流体(3)发生脱落并形成富含所述底层低速流体(3)的流向涡(5)，从而达到底层低速流体(3)收集的目的；

所述流向涡(5)在边界层的上层高速流体(4)带动下沿所述微型涡流发生器(2)的两侧侧壁运动至所述微型涡流发生器(2)的尾部；

通过在所述微型涡流发生器(2)尾部设置流体抽吸装置(7)，以抽除传递至所述微型涡流发生器(2)尾部的富含所述底层低速流体(3)的所述流向涡(5)，从而达到集中抽除边界层中所述底层低速流体(3)的目的。

2.根据权利要求1所述的超声速流道中辅助边界层抽吸方法，其特征在于，

运动至所述微型涡流发生器(2)两侧后掠边缘附近的边界层中所述上层高速流体(4)在膨胀波作用下仅发生流体方向的偏折而不脱落，从而绕过所述微型涡流发生器(2)继续向下游流动而不被误抽除。

3.根据权利要求1所述的超声速流道中辅助边界层抽吸方法，其特征在于，

所述微型涡流发生器(2)采用后掠三角翼构型的微型涡流发生器；

所述后掠三角翼具有一条来流边，

所述来流边垂直于所述边界层流体(1)的来流方向布置，

与所述来流边相对应的后掠三角翼的顶角朝向所述边界层流体(1)的流动下游方向布置。

4.根据权利要求3所述的超声速流道中辅助边界层抽吸方法，其特征在于，

所述微型涡流发生器(2)以阵列形式紧密排列布置于所述超声速流道的壁面上。

5.根据权利要求3所述的超声速流道中辅助边界层抽吸方法，其特征在于，

边界层的所述底层低速流体(3)与边界层的所述上层高速流体(4)之间的界线由来流条件以及所述微型涡流发生器(2)结构特性决定。

6.根据权利要求5所述的超声速流道中辅助边界层抽吸方法，其特征在于，

所述后掠三角翼的垂直高度h小于边界层厚度δ，以将所述微型涡流发生器(2)的作用区域控制在来流所述边界层流体(1)内部，从而降低所述边界层流体(1)在流动控制过程中引入的额外气动阻力。

7.根据权利要求5所述的超声速流道中辅助边界层抽吸方法，其特征在于，

通过改变所述微型涡流发生器(2)的侧边弦长C以及所述微型涡流发生器(2)的半顶角角度Ap，以改变对所述边界层流体(1)中所述底层低速流体(3)和所述上层高速流体(4)的划分界线，

进而改变被收集的边界层所述底层低速流体(3)所占所述边界层流体(1)的比例，从而实现对最终被所述抽吸装置(7)抽除的边界层所述底层低速流体(3)流量的控制。

8.根据权利要求7所述的超声速流道中辅助边界层抽吸方法，其特征在于，

通过所述微型涡流发生器(2)的半顶角角度调整后掠边缘的后掠角的角度，以调整垂直于后掠边缘方向上的速度分量和垂直马赫数分量；

以垂直马赫数分量大于1.0为界线，以保证后掠边缘附近的所述上层高速流体(4)中膨胀波的存在，并且以此作为所述上层高速流体(4)与所述底层低速流体(3)的划分标准。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的超声速流道中辅助边界层抽吸方法，其特征在于，

所述抽吸装置(7)的抽吸口(6)采用可避免所述微型涡流发生器(2)尾部出现明显流体分离的外大内小的漏斗状结构。

10.根据权利要求9所述的超声速流道中辅助边界层抽吸方法，其特征在于，

所述抽吸口(6)的外口直径与流向涡(5)的直径相匹配，以保证被收集的所述底层低速流体(3)可被迅速、有效抽除。