用于产生流体脉冲的装置 |
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| 申请号 | CN201310282811.0 | 申请日 | 2013-07-05 | 公开(公告)号 | CN103527574B | 公开(公告)日 | 2016-03-30 |
| 申请人 | 空中客车德国运营有限责任公司; | 发明人 | 马蒂亚斯·鲍尔; 雅各布·洛泽; 沃尔夫冈·尼切; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于产生 流体 脉冲的装置，其包括具有第一流体入口的第一通道和具有第二流体入口的第二通道，其中第一流体入口和第二流体入口基本彼此对置。第一通道包括第一控制出口，第二通道包括第二控制出口，各控制出口位于相应流体入口的入流方向上的前方。操作期间，经由第一流体入口流入的流体穿过第一通道，在行进通过第一通道之后，所引入的流体的至少一部分经由第一控制出口离开第一通道，由此使得入流的流体朝第二流体入口转移，反之亦然。第一通道包括至少一个工作出口，部分入流的流体可经由所述工作出口被移除。在第一通道的最后的工作出口之后的流体方向上，所引入的流体的剩余部分经由第一控制出口离开第一通道。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于产生流体脉冲的装置，包括： |
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| 说明书全文 | 用于产生流体脉冲的装置[0001] 相关申请的引用 技术领域[0003] 本发明涉及一种用于产生流体脉冲的装置。 背景技术[0005] 流体致动器代表高效流动控制装置，其使得能够产生用于流动控制的脉冲空气流而在此过程中不需要在喷射扩散器（流体致动器）中有可动机械部件。这里，致动器基于增强流动力学的原理，其中，大量的空气通过明显较少量的控制空气而转向。该控制空气必须交替地供给至流体致动器的控制端。 [0006] 这里，在外部控制流体致动器与自感流体致动器之间是有区别的。在外部控制致动器中，使用了外部控制空气供给装置，该外部控制空气供给装置通常通过阀——例如电磁阀——主动地控制。在自感致动器中，控制流体从相应的输出管路被移走并且经由相应的结构上分离的返回通道而返回至相应的输出管路。给定适合的尺寸，这使得能够产生自感振动，即，所谓的流体振荡。 [0007] 作为一般原则，上述类型的自感流体致动器包括供给管路、两个输出端、交互室以及两个所谓的反馈回路，所述两个反馈回路在结构上与交互室的其余部分分离并且与供给管路分离。来自供给管路的压缩空气供给空气流存在于供给室的侧壁处，使得空气流从第一输出端排出。同时，此处一部分空气流渗透到所分配的第一反馈回路（联接器）的输入端中，并且在一定时间延迟之后再次从所分配的第一反馈回路的输出端离开。输出端位于供给管路的输入端附近，并且因此可以用于控制空气流。联接在第一反馈回路中的那一部分在离开时沿着第二输出端的方向推动空气流。然后，该过程在另一侧上以准镜像倒置的方式（quasi mirror inverted fashion）重演。因此，流体致动器在两个输出端处交替地提供脉冲空气流。由于没有机械部件，因此流体致动器在该方式下是高效率的。 [0008] 从美国专利4,227,550可知以上提及的类型的自感流体致动器。该自感流体致动器包括反馈回路和输出管路。 [0009] 关于自感流体致动器在主动流动控制（AFC——主动流体控制）期间的一个主要问题与对独立部件进行平衡有关。在下文中，这里在通过流体致动器的流动控制与流体致动器的控制级之间是有区别的。回流管路（反馈回路）将流动通过的流体的一部分从致动器的输出端按照规定路线输送至交互区，并且在那里引起致动器切换。输出管路（输出控制流体）将脉冲流体流馈送至接纳器（例如，主动流体控制流体致动器阶段的控制端口），其中，输出管路的信号相对于彼此相位移动180°度。一方面，通过流动控制施加在控制级上的限制作用在这里十分重要。如果限制作用太高，则信号调制会降低直到恒定的空气流最终离开输出端为止，由此，出现在AFC级处的控制信号不再充足。另一方面，控制级所需要的安装空间较大，这是由于后者取决于（输出控制流体）至下游级的控制端口的回流管路（反馈回路）以及与回流管路分离的馈送管路的长度。所需要的安装空间间接地引起额外的问题。一个这样的问题是：在仅能够获得有限的安装空间的情况下——比如，在机翼的情况下——所需要的安装空间只能通过高度复杂的结构设计来实现；另一方面，这也产生了对于材料的更高的要求，这在绝不能低估的重量比例上暴露出来。 发明内容[0010] 因此，本发明的目的在于提供一种产生流体脉冲的装置，与常规装置相比，该装置在定尺寸方面没有那么重要和/或需要较小的安装空间。 [0011] 作为一种解决方案，本发明提出了用于产生流体脉冲的新型装置。该装置包括具有第一流体入口的第一通道和具有第二流体入口的第二通道，其中第一流体入口和第二流体入口基本定位成彼此对置。第一通道包括在第一流体入口的高度处的第一控制出口，且第二通道包括在第二流体入口的高度处的第二控制出口，各控制出口关于相应流体入口的入流方向位于该相应流体入口的前方。操作期间，经由第一流体入口流入的流体穿过第一通道，并且在行进通过第一通道之后，所引入的流体的至少一部分经由第一控制出口离开第一通道，由此使得入流的流体朝第二流体入口转移；或者，经由第二流体入口流入的流体穿过第二通道，并且在行进通过第二通道之后，所引入的流体的至少一部分经由第二控制出口离开第二通道，由此使得入流的流体朝第一流体入口转移。第一通道包括一个或多个工作出口，一部分入流的流体能够经由所述工作出口被移除。在第一通道的最后的工作出口之后的流体方向上，所引入的流体的剩余部分经由第一控制出口离开第一通道。 [0012] 取决于第二通道是如何构造的，即，取决于第二通道是否不包括工作出口、包括一个工作出口还是包括多个工作出口，全部所引入的流体或至少所引入的流体的在第二通道的最后的工作通道之后的流体方向上的剩余部分经由第二控制出口离开第二通道。 [0013] 因此，本发明提供了一种用于产生流体脉冲的装置，与常规装置相比，该装置在定尺寸方面没有那么重要和/或需要较小的安装空间。这特别地源于下述事实：现在每一通道的仅单一管道必须要定尺寸，而工作管路和反馈管路不需要定尺寸，现有技术就是都需要定尺寸的情况。 [0014] 在本发明的实施方式中，第一通道的横截面在工作出口之后急剧地减小。这产生了瓶颈效应。 [0015] 在本发明的另外的改进中，第一通道在急剧减小之后再次扩张。这抵消了在通道边缘处的边界层的增厚，例如确保了朝向随后的工作出口的有利的流动。 [0016] 在本发明的另一实施方式中，流体基本上从矩形进入通道流入到第一通道或第二通道中。矩形通道已经证明自身从流动力学的角度来看是有益的。 [0017] 在本发明的又一实施方式中，至少一个工作出口与主通道方向成角度或与所述主通道方向基本垂直地从所述第一通道分叉开，其中，所述主通道方向不必然是直线。这使得能够获得很紧凑的结构设计，这是由于整个装置不必处于一个平面中。 [0018] 在本发明的另一实施方式中，第一通道包括至少两个工作出口，其中，所述工作出口包括不同的横截面。通过提供不同的横截面，移除的流体量可以最优地调整以适应后续的预期目的。 [0019] 在本发明的又一实施方式中，第二通道构造成与第一通道对称。因此，可以向第一通道和第二通道的工作出口提供交替的流体脉冲。 [0020] 在以上实施方式的替代实施方式中，第二通道构造成与第一通道不对称，该构型使得例如能够提供“工作周期”。这里不对称必须从不同角度来理解。一个方面，其可以指的是构造成不同的通道长度，或者另外地或可替代地表示各个通道的工作出口的数量不同。例如，一个通道可以包括多个工作出口，而另一通道可以包括仅一个工作出口或甚至没有工作出口。 [0021] 在本发明的替代实施方式的又一另外的改进中，第二通道的横截面不同于第一通道的横截面，和/或，第一通道和第二通道在流动力学方面包括不同的容量。在两个通道中流体流的持续时间也可以例如通过改变两个通道的长度来影响。 [0022] 在本发明的实施方式中，根据本发明的装置用作流体致动器的控制级，特别是用于影响沿着流动面的流的流体致动器的控制级。 [0023] 在本发明的另一实施方式中，根据本发明的装置直接地影响沿着流动面的流，并且用作独立的流体致动器，例如该流体致动器提供流体脉冲。 [0024] 还在本发明的再一实施方式中，该装置还提供了脉冲液体射流。这对于医学技术上的应用尤其有利，但在材料加工上也特别有利。 [0027] 将通过下面的示例、参照附图对本发明的多个实施方式进行说明。 [0028] 图1示出了根据本发明的第一实施方式的第一示意性装置； [0029] 图2示出了示意性描绘的本发明的不同实施方式的细节；以及 [0030] 图3示出了根据本发明的第二实施方式的第二示意性装置。 具体实施方式[0031] 定义 [0032] 在下面对本发明的实施方式进行更详细地描述之前，要指出的是，本发明并不限于具体的所描述的部件，而是这些部件可以变化。还要注意的是，应用的术语严格用于描述具体的部件，并且绝不理解为总限制。此外，除非在下面另外地通过上下文清楚地指示，否则单数形式或相似的复数形式的使用总是包含复数和单数。 [0033] 图1示出了根据本发明的第一实施方式的第一示意性装置。 [0034] 这里，用于产生流体脉冲的装置包括具有第一流体入口R1的第一通道C1和具有第二流体入口R2的第二通道C2。第一流体入口和第二流体入口大致定位成彼此对置。第一通道C1在第一流体入口R1的高度处具有第一控制出口CP1，并且第二通道C2在第二流体入口R2的高度处具有第二控制出口CP2，其中，相应的控制出口CP1、CP2关于流体入口的入流方向位于相应的流体入口前方。在操作期间，经由第一流体入口R1流入的流体穿过第一通道C1，并且在行进通过第一通道C1之后，所引入的流体的至少一部分通过第一控制出口CP1排出第一通道C1，从而引起入流的流体朝向第二流体入口R2转移，或经由第二流体入口R2流入的流体穿过第二通道C2，并且在行进通过第二通道C2之后，所引入的流体的至少一部分通过第二控制出口CP2排出第二通道C2，从而引起入流的流体朝向第一流体入口R1转移。第一通道C1具有一个工作出口WP1或多个工作出口WP1、WP2、……、WPn-1、WPn，入流流体的一部分可以通过该一个工作出口WP1或多个工作出口WP1、WP2、……、WPn-1、WPn而被移除。工作出口的数量在图1中假定为n，其中，n代表自然数。在第一通道C1的最后的工作出口之后，引入的流体的剩余的部分通过第一控制出口CP1排出第一通道C1。换句话说，流体没有漏出，而是完全能够用于控制目的或通过第二通道。 [0035] 现在，在不再进一步深入研究以上内容的情况下，第二通道C2可以具有与通道C1相同的形状，或通道C2可以具有不同于通道C1的设计。例如，通道C2可以具有不同构造的长度L1、L2和/或通道横截面，并且可以附加地或可选地包括不同数量的工作出口。例如，通道C1可以包括多个工作出口，而通道C2具有仅一个工作出口或甚至不具有工作出口。 [0036] 下面将对顺序进行简要概述，其中，图1和图3中的各个位置按照时间先后标记，并且在附图中划圈以便从装置特征中描绘出。 [0037] 当流体在操作期间流入时，流体流在没有更重大原因的情况下在重力作用下朝向两侧中的一侧运动，并且因此流入其中一个流体入口。这是在图1上的流体入口R1处的情况，并且该位置相应地标记为1。随后，流体流通过位置2。位于位置2处的是示例性第一工作出口WP1，流体的某些部分现在从第一工作出口WP1被移除。如在位置3和位置4处所示的，然后可以跟着一个或更多个另外的可选工作出口WPn-1和WPn。流体的相应的部分可以如之前那样在这些另外的可选工作出口处被移除。将各个工作出口设置成空间上彼此靠近可以确保流体以几乎同步的方式——即，仅微小的相位移动产生的方式——排出相应的工作出口。然后，仍然存在的流体继续流动通过通道的剩余部分（位置5）并且按照规定路线输送至控制出口CP1。换句话说，流体没有流漏，而是根据调节的程度完全能够用于控制目的或通过第二通道。给定100%的调节度，即，入流流体完全转移至第二流体入口R2中，则流体不再进入先前接纳入流的第一流体入口R1。与之相比，给定小于100%的调节度，则至少一小部分入流流体继续流入至先前的第一流体入口R1中。仍然存在的流体在位置6处排出通道C1，并且现在使仍然朝向流体入口R1流动的流体转向至通道C2的流体入口R（位2 置7）。然后，流体穿过通道C2，并且这些流体中的至少一部分按照规定路线朝向控制出口CP2输送。这里，也适用的是，在通过第二通道C2的一个可能存在的工作出口或多个可能存在的工作出口移除之后剩余的所有流体能够以与对通道C1所描述的相同方式用于控制目的。 在位置8处，仍然存在的流体排出通道C2，并且现在将仍然朝向流体入口R2流动的流体转移回到通道C1的流体入口R1（位置1）。这使该周期终止，然后开始新的周期。最后的工作出口与确保控制出口之间的管路的长度在决定致动器的切换频率方面十分重要。 [0038] 第一控制CP1优选地设置成使得流出第一控制出口CP1的流体基本上流入第二流体入口R2（位置6）中，并且第二控制出口CP2设置成使得流出第二控制出口CP2的流体基本上流入第一流体入口R1中（位置8）。这提高了效率，并且还使得即使在高限制作用的情况下仍然能够可靠地切换。 [0039] 图2描述了示意性示出的本发明的不同的实施方式的细节。该细节对应于图1和图3上用虚线表示的框。 [0040] 如所示出的，第一通道C1的横截面在工作出口WPn-1、WPn之后急剧地减小。例如，在工作出口WPn之前的横截面Q2大于在工作出口WPn之后的横截面Q3。由于急剧减小，馈送管路中对流体输出的合成的阻拦作用可以使流体具有超过下游接纳器可用的环境的基准压力的总压力。如在图2中进一步示出的，第一通道C1在急剧的减小之后再次扩张。例如，在工作出口WPn之前的横截面Q2大于在工作出口WPn-1之后的横截面Q1。该扩张抵消了边界层的增厚。此外，该轮廓使得能够在流动力学方面使流体有利地按照规定的路线到达工作出口，并且能够使要移除的流体在多个出口开口之间极其均匀地分布。 [0041] 在本发明的实施方式中，流体大致从矩形的进入通道流入至第一通道或第二通道。矩形的横截面并且特别是二次曲面截面（quadratic cross sections）从流动力学的角度已经证明自身是有益的。 [0042] 在本发明的另一实施方式中，至少一个工作出口与主通道方向成一定角度或大致垂直于主通道方向地从第一通道分叉开。例如，在图1和图3上的工作出口中用叉号所表示的工作出口可以垂直于通道平面——即，与附图平面正交——分叉。这允许节省材料的很紧凑的设计。也能够使通道C1、C2自身具有弯曲度，即，主通道方向并不必须是直线。这可以以进一步减小安装尺寸作为目标，或允许使用在从最开端就不直的系统中，例如，用于冷却涡轮机叶片或燃烧室。 [0043] 本发明的另外的改进也可以提供成工作出口包括不同的横截面。这使得能够将流体在不同的工作出口处的移除最佳地调整至相应的预定目的。 [0044] 如图1上所描述的，第二通道C2可以构造成与第一通道C1对称。换句话说，通道C2大致具有与通道C1相同的构型，即具有相同的长度L1和相同的工作出口的数量和位置以及相似类型的横截面的尺寸。 [0045] 作为其可选方案，第二通道C2也可以构造成与第一通道C1不对称，如图3上所描绘的。例如，第二通道C2的横截面可以不同于第一通道C1的横截面，和/或第一通道C1和第二通道C2出于其他原因在动力学方面包括变容量。此外，如图3上所示出的，在给定相同的流体供给的情况下，穿过第一通道C1所用的时间可以不同于穿过第二通道C2所用的时间。例如，通道C2具有比具有长度L1的通道C1显著较短的长度L2。因此，例如，“工作周期”可以容易地提供。“工作周期”的工作持续时间这里由通道C1的流动力学相关的特征决定，而“工作周期”的空置持续时间由通道C2的流动力学相关的特征决定。 [0046] 根据本发明的装置的特征使得本发明尤其适合用作流体致动器的控制级，特别是用于影响沿着流动面的流的流体致动器的控制级。关于后者至关重要的是稳定性，甚至在较高的限制作用连同允许小的安装尺寸以及与其相关联的能够获得的重量的增加时的稳定性。 [0047] 由于根据本发明的装置本身可以提供脉冲流体流，因此该装置能够直接地影响沿着流动面的流动。 [0048] 然而，本发明并不限于这些应用领域。在其他的领域也需要流体脉冲，特别是脉冲液体。第一示例涉及用于动力或热目的的碳氢化合物的燃烧。燃料或燃料-空气混合物频繁地添加至燃烧喷嘴以确保良好的燃烧，并且由此保持低有害气体排放和高效率。然后，喷射的流体通过外部点火或自燃而燃烧。除了多次外部点火之外，这里还使用多次喷射。可调节的自感振动和/或工作周期的提供代表也用于这些系统的可能的实施方式。 [0049] 另一示例涉及金属材料的加工。例如，目的可以是表明的变粗糙或分离。 [0050] 另一示例与医学技术有关。例如，脉冲液体射流这里可以用作激光的替代。这是尤其有利的，因为相对于激光，脉冲水射流不需要组织被汽化，而是允许组织被分离出来并且通过流体射流自身运送离开。这减小了对周围组织的损坏。 [0051] 根据本发明的装置合适用作用于产生流体脉冲的独立的系统，并且通过与现有技术对比，其使得能够提供多个用于脉冲流体的移除位置而基本上没有任何相互的相位移动，其中，被移除的脉冲流体例如经由致动器室直接释放至环境，或用于流动控制目的。此外，本发明使得能够使用单一的流体切换和供给压力在大多数不同的移除位置处提供不同的振幅。此外，本发明允许“工作周期”变化，其中，必须指出的是，流体在这些“工作周期”中并不是简单且无用地释放至环境中，而是保持在装置内并且在下一个“工作周期”中可用。 [0052] 本发明还允许这样的设计：在该设计中，多至旋转对称部件以及包括旋转对称部件在内都可以整合，甚至是沿着弯曲的表面，例如涡轮机叶片、燃烧室扩散器等等都可以。相对于已知的致动器，反馈回路不是作为单独的管路存在，而是反馈回路在功能上整合到相应的出口管路中。将反馈回路整合到出口管路中使得能够实现所需要的安装空间的明显的减小。与先前的系统相比，该减小估测为大致50%。这产生了额外的优点，由于根据本发明的装置因此明显地不那么复杂，因此由于对材料的需求较少还可以实现较轻的重量。此外，本发明还使得能够实现出口信号稳定性和提高的效率。 [0053] 要指出的是，为此目的既不需要移动部件也不需要电气部件，因而使得本发明不受电气中断或机械中断的影响。 |
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