[发明专利]基于次流循环阵列的激波/边界层干扰控制装置及自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种基于次流循环阵列的激波/边界层干扰控制装置及自适应控制方法中，该装置包括位于流场内的壁板；壁板内设有次流通道，次流通道的一端通过排气槽与流场的上游相通，另一端通过若干呈阵列分布的进气槽与流场的下游相通；进气槽上设有开关结构，以控制各进气槽自适应开关。本发明应用于高超声速进气道内流场流动控制技术领域，其进气槽分布范围较大，当来流马赫数变化时或者流场压力产生振荡时，斜激波位置发生变化，但仍然在进气槽阵列范围内，能形成一个有效的次流循环通路以抑制边界层分离，从而实现宽速域高超声速飞行器进气道内流场激波/边界层干扰现象的控制，且本发明是无源被动控制装置，有着结构简单易实现的优点。

技术领域

本发明涉及高超声速进气道内流场流动控制技术领域，特别针对变马赫数来流条件下的激波/边界层干扰现象的一种宽速域流动控制装置及方法，具体是一种基于次流循环阵列的激波/边界层干扰控制装置及自适应控制方法。

背景技术

在超声速进气道中，激波/边界层干扰现象广泛存在，该现象破坏了流场的稳定性，出现边界层厚度增加、激波诱导边界层分离的现象，从而导致阻力增加，影响进气道效率和启动性能。为减少所引发的负面作用，需要在干扰过程出现之前或在干扰过程中对流动进行控制，也可以分别对激波和边界层进行控制。控制激波的目的是为了改变激波底部的结构，减小激波造成的总压损失。控制边界层则是改变边界层的流动特性，防止或减小激波诱导的边界层分离，降低黏性阻力，设法使激波造成的不稳定流动稳定下来。

目前，针对激波/边界层干扰主要有边界层吹除、边界层抽吸、微型涡流发生器控制、壁面鼓包控制、等离子体控制以及次流循环控制等控制方法，每种方法都有自己独特的优势，但也存在一些缺点。其中，边界层吹除、等离子体等主动控制方法需要额外添加复杂装置，注入额外能量，对材料的热防护有着更高的要求；微型涡流发生器与壁面鼓包会降低流场有效面积，影响进气道性能，且在暴露在高速流场中易损坏；边界层抽吸会造成流体损失，进气道设计面积增大，导致阻力增加。而次流循环控制是一种无源控制方法，无流量损失，也无需额外增加流量，工程实现较为简单，但抽吸孔与干扰分离区的相对位置对控制效果受影响较大，当流场产生振荡、来流马赫数变化导致分离区位置移动时控制效果有限。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于次流循环阵列的激波/边界层干扰控制装置及自适应控制方法，不仅具有无源、结构简单、无质量损失等优势，还可以实现对宽速域条件下工作的高超声速飞行器内流场激波/边界层干扰的自适应控制，抑制边界层分离的产生，提高流场性能。

为实现上述目的，本发明提供一种基于次流循环阵列的激波/边界层干扰控制装置，包括位于流场内的壁板；所述壁板内设有次流通道，所述次流通道的一端通过排气槽与流场的上游相通，另一端通过若干呈阵列分布的进气槽与流场的下游相通；每一所述进气槽上均设有开关结构，以控制各所述进气槽自适应开关。其中，所述开关结构包括挡片与阻尼弹簧；所述挡片的一端通过连接轴铰接在所述进气槽入口的一侧，所述挡片的另一端为活动端且与所述进气槽入口的另一侧间隙配合，以使得所述挡片在常态下关闭所述进气槽；所述阻尼弹簧为套设在所述连接轴上的扭簧，且所述阻尼弹簧的一端与所述挡片的底部相连，另一端与所述进气槽的槽壁相连，以使得所述挡片在流场压力下克服所述阻尼弹簧并打开所述进气槽。当来流产生的斜激波入射到进气孔阵列区域时，分离区和激波后壁面处静压升高，进气槽阵列与排气槽处较低的静压存在的压力差，形成次流循环。

作为上述技术方案的进一步改进，当所述进气槽关闭时，所述挡片的表面与所述壁板的壁面平齐。

作为上述技术方案的进一步改进，所述挡片与所述进气槽之间设有限位结构，以避免所述挡片翻入流场。

作为上述技术方案的进一步改进，各所述进气槽呈矩形阵列或沿流场方向的直线阵列分布。

作为上述技术方案的进一步改进，各所述进气槽等间距的呈阵列排列。