[发明专利]一种自维持合成双射流激励器及超声速流动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于流动控制技术和超声速/高超声速飞行器领域，具体涉及一种自维持合成双射流激励器及超声速流动控制方法。

背景技术

高超声速飞行器是指以马赫5或更高速度在大气层和跨大气层中飞行的飞行器。高超声速进气道在低于设计马赫数下会出现不起动现象，进气道的不起动会导致进气道捕获流量减少、总压恢复降低，严重时会导致发动机熄火，严重危害高超声速飞行器的飞行性能甚至导致事故。所以控制高超声速进气道内流场、改善进气道起动性能成为进气道研究的重点之一。

流动控制技术尤其是新兴的合成射流/双射流控制技术被认为是能够控制进气道流场方法之一。相关研究表明，合成射流/双射流控制技术已经成功应用到亚声速流场中，在边界层分离控制中，能够明显的延缓边界层的分离；在亚声速进气道内部流场控制中，能够抑制进气道的二次流以及流场畸变，提高进气道性能。

目前合成射流/双射流流场控制方式仅仅应用于亚声速进气道和边界层分离控制，在超声速/高超声速进气道中的应用还尚未有相关研究，传统的合成射流/双射流激励器产生的射流能量相对于主流能量较低、控制效果不明显。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明在解决膜片压载失效问题的合成双射流激励器基础上，提出自维持合成双射流激励器，顾名思义，其充分利用超声速/高超声速进气道流场特性，将进气口布置于高压分离区，出气口安放于低压区，由两口之间压差驱动流动形成自维持射流，合成双射流激励器膜片的振动可以增加射流的能量，同时调制射流的频率和涡量特征，实现对进气道流场控制。具体技术方案如下：

一种超声速流动控制方法，采用自维持合成双射流激励器，所述自维持合成双射流激励器上开设有两个入口、两个出口，将所述两个入口置于流场高压区；将所述两个出口置于流场低压区。

本发明还提供了一种自维持合成双射流激励器，包括第一腔体板1，第二腔体板2、出口板3、安装板4和振动膜5；所述第一腔体板1、第二腔体板2和出口板3共同围成内部空腔，所述安装板4将内部空腔分割成第一空腔6和第二空腔7，所述安装板上开设一个通口用于安装振动膜5；所述第一空腔对应的出口板上开设有第一入口8、第一出口9；所述第二空腔对应的出口板上开设有第二入口10、第二出口11；所述振动膜设置在安装板的通口处，用于隔开所述第一空腔和第二空腔。

优选地，所述振动膜5与所述安装板4的连接处设有垫圈。

优选地，所述振动膜5为压电陶瓷膜片。

优选地，所述振动膜5为圆形膜片。

采用本发明获得的有益效果：

1、激励器膜片不受压载影响。本发明自维持合成双射流激励器独特的构型，有效地解决了振动膜片压载失效问题。在超声速飞行时，进气道的前体压缩楔板对高速来流减速增压，研究表明：来流马赫数达到3.5时激励器的腔体内压力是来流压力的14倍。因此，强压载将使得合成射流激励器膜片无法正常工作，甚至将破坏激励器的结构。自维持合成双射流激励器保留了合成双射流激励器的优点，采用一膜双腔结构，两腔内压力大小相当，激励器膜片两侧承受相同压载，这保证了自维持合成双射流激励器能够在超声速流场环境中正常工作。

2、本发明自持循环设计结合激励器膜片振动能有效提高射流能量。本发明自维持合成双射流激励器能够利用压力差驱动形成自持循环射流，自维持合成双射流激励器进气口吸入附面层低能量气体，可以稳定分离区，出口向附面层注入能量较高的射流，可以延缓流动分离，有利于减小总压损失。出气口向超声速/高超声速流场喷射射流，会诱导弱激波，弱激波可以减弱下游激波的强度，有利于减阻降热和气动力控制。振动膜的振动可以增加射流的能量，同时调制射流的频率和涡量特征，实现对进气道流场控制。

3、本发明构型设计对进气道构型破坏小、体积小、质量轻以及控制效果明显。现有技术中的合成射流/合成双射流激励器是单腔内单出口产生射流，激励器开口过长会导致进气道结构在一定程度上遭到破坏，并且无法产生自持循环射流，相关研究表明，仅靠激励器膜片振动产生射流对超声速来流控制效果不明显。自维持合成双射流在进气道表面开若干孔，尽可能减小对进气道结构的破坏。此外，自维持合成双射流激励器还具有体积小，质量轻等特点，最大可以使超声速进气道自起动马赫数降低0.5，并且能够显著的提高进气道的总压恢复系数以及流量系数。