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多模态宽适应性主动流动控制激励器及其控制方法

专利类型	发明授权	法律事件	公开; 实质审查; 授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN202011532897.4	申请日	2020-12-23
公开(公告)号	CN114655425B	公开(公告)日	2025-05-09
申请人	海鹰航空通用装备有限责任公司;	申请人类型	企业
发明人	向先宏; 杨晓华; 马洪忠; 刘付龙; 凌蕾; 杨周; 杨鹏; 王海波;	第一发明人	向先宏
权利人	海鹰航空通用装备有限责任公司	权利人类型	企业
当前权利人	海鹰航空通用装备有限责任公司	当前权利人类型	企业
省份	当前专利权人所在省份：北京市	城市	当前专利权人所在城市：北京市房山区
具体地址	当前专利权人所在详细地址：北京市房山区长阳镇昊天北大街48号208号楼四层	邮编	当前专利权人邮编：102445
主IPC国际分类	B64C23/00	所有IPC国际分类	B64C23/00
专利引用数量	2	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	8	专利文献类型	B
专利代理机构		专利代理人
摘要	本发明提供了一种多模态宽适应性新型主动流动控制激励器及其控制方法，包括振荡射流激励器、零质量射流激励器，所述零质量射流激励器设置在振荡射流激励器两条内流路之间；振荡射流激励器两条内流路的分流劈位置以及两边内侧壁上分别设置一个开口，连通所述零质量射流激励器的出口；振荡射流激励器顶端设置供气入口和两个控制口，供气入口通过供气管路连通气源，供气管路设置总阀，总阀控制气源提供高压或低压气体；两条内流路底端分别设置一个出口，连通被控气动型面壁面外部。本发明将零质量合成射流、振荡射流和微抽吸气三种主动流动方式进行有机组合，充分发挥各自优势，使激励器具有多种模态，可以根据不同飞行工况进行控制。
权利要求	1.一种多模态宽适应性主动流动控制激励器，其特征在于，包括振荡射流激励器、零质量射流激励器，所述零质量射流激励器设置在振荡射流激励器两条内流路之间；所述振荡射流激励器两条内流路的分流劈位置以及两边内侧壁上分别设置一个开口，连通所述零质量射流激励器的出口；所述振荡射流激励器顶端设置供气入口和两个控制口，所述供气入口通过供气管路连通气源，所述供气管路设置总阀，总阀控制气源提供高压或低压气体；所述两条内流路底端分别设置一个出口，连通被控气动型面壁面外部。 2.根据权利要求1所述的多模态宽适应性主动流动控制激励器，其特征在于，所述零质量射流激励器为三个小型激励器，出口对应开口位置；或者所述零质量射流激励器为一个大型激励器，具有三个出口对应开口位置。 3.根据权利要求1所述的多模态宽适应性主动流动控制激励器，其特征在于，所述控制口位于振荡射流激励器主侧壁外侧，用于控制振荡射流基本工作频率。 4.根据权利要求1所述的多模态宽适应性主动流动控制激励器，其特征在于，所述主动流动控制激励器通过直接内置镶嵌的方式嵌入在被控气动型面壁面上。 5.根据权利要求1所述的多模态宽适应性主动流动控制激励器，其特征在于，所述主动流动控制激励器采用多个，布置在气动型面上不同位置，每个主动流动控制激励器通过一条支管路连通气源供气管路，每条支管路上还设置子阀门。 6.一种多模态宽适应性主动流动控制激励器控制方法，其特征在于，采用权利要求1～ 4任一项所述的多模态宽适应性主动流动控制激励器，具体控制方法如下：总阀关闭，零质量射流激励器启动，零质量射流激励器单独工作模态；总阀打开，零质量射流激励器不启动，控制供气管路总阀为高压条件，为振荡射流流动控制单独工作模态；总阀打开，零质量射流激励器不启动，控制供气管路总阀为低压条件，为微抽吸流动控制单独工作模态；总阀打开，零质量射流激励器启动，控制供气管路总阀为高压条件，为振荡射流流动控制与零质量射流激励器组合工作模态；总阀打开，零质量射流激励器启动，控制供气管路总阀为低压条件，为微抽吸流动控制与零质量射流激励器组合工作模态；根据不同飞行工况选择合适的工作模式。 7.根据权利要求6所述的多模态宽适应性主动流动控制激励器控制方法，其特征在于，所述主动流动控制激励器采用至少两个，布置在气动型面上不同位置，每个主动流动控制激励器通过一条支管路连通气源供气管路，每条支管路上设置子阀门，控制总阀关闭，子阀门打开，多个主动流动控制激励器之间由于当地压力差形成气流流动，进行工作模式控制。 8.根据权利要求7所述的多模态宽适应性主动流动控制激励器控制方法，其特征在于，至少有一个主动流动控制激励器布置在机翼前缘。
说明书全文	多模态宽适应性主动流动控制激励器及其控制方法技术领域 [0001] 本发明属于主动流动控制技术领域，具体涉及一种多模态宽适应性主动流动控制激励器及其控制方法。背景技术 [0002] 气动技术作为航空航天飞行器设计的先行官，其气动特性的优异与否直接决定航空航天飞行器整体性能水平。同时，随着航空航天飞行器的不断发展进步，其性能提升高度依赖于优秀的气动外形设计和高效的流动控制技术。其中，流动控制通过对运动流体施加或者改变力、质量、热能、电磁等物理量来改变原来的流动状态，从而使得流动在时间和空间的分布满足所需要求，其作用和目的可包括：控制边界层转捩延迟/提前、抑制/增强湍流、阻止/促进分离、增升减阻、增强掺混或传热、抑制流动诱导噪声等。 [0003] 多年来，主动流动控制技术由于“四两拨千斤”的前景，日益成为当前流体力学和航空航天研究的前沿和热点，经过多年的蓬勃发展已积累了大量研究成果，但离工程应用需求亦存在一定差距，其面临的主要问题和困难在于如何进一步提高流动控制不同工况使用范围、适应性以及流动控制效能和效费比等。 [0004] 目前，主动流动控制方法按照其核心部件激励器类别可以分为振荡射流、零质量激励式合成射流、(连续或间歇式)吹/吸气、直接控制几何外形变化、射流涡发生器、电磁/等离子体、几何与气动结合或混合控制等多种形式，不同主动流动控制方法多适应于单独不同使用工况或单一流动控制目的，从而导致其应用范围和适应性不足，同时整体效费比也有限，因而亟需发展具有更宽使用范围的多模态主动流动控制方法。国内外已有学者开始相关工作研究，例如南航大顾蕴松等利用零质量射流驱动并控制振荡射流的实用频率，从而拓展振荡射流激励器的使用速域范围。国防科大罗振兵等将被动流动控制与主动流动控制相结合，实现提升流动控制的宽包络以及变工况的效果。发明内容 [0005] 针对现有技术中存在的主动流动控制方法应用范围和适应性不足的技术问题，本发明提供了一种多模态宽适应性主动流动控制激励器及其控制方法，综合现有主动流动控制技术的优点，可实现主动流动控制能力和应用范围双拓展以及全飞行包线性能多点提升，满足大展弦比飞行器对气动性能的迫切需求。 [0006] 为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种多模态宽适应性主动流动控制激励器，包括振荡射流激励器、零质量射流激励器，所述零质量射流激励器设置在振荡射流激励器两条内流路之间；所述振荡射流激励器两条内流路的分流劈位置以及两边内侧壁上分别设置一个开口，连通所述零质量射流激励器的出口；所述振荡射流激励器顶端设置供气入口和两个控制口，所述供气入口通过供气管路连通气源，所述供气管路设置总阀，总阀控制气源提供高压或低压气体；所述两条内流路底端分别设置一个出口，连通被控气动型面壁面外部。 [0007] 进一步的，所述零质量射流激励器为三个小型激励器，出口对应开口位置；或者所述零质量射流激励器为一个大型激励器，具有三个出口对应开口位置。 [0008] 进一步的，所述控制口位于振荡射流激励器主侧壁外侧，用于控制振荡射流基本工作频率。 [0009] 进一步的，所述主动流动控制激励器通过直接内置镶嵌的方式嵌入在被控气动型面壁面上。 [0010] 进一步的，所述主动流动控制激励器采用多个，布置在气动型面上不同位置，每个主动流动控制激励器通过一条支管路连通气源供气管路，每条支管路上还设置子阀门。 [0011] 本发明还提供了一种多模态宽适应性主动流动控制激励器控制方法，具体控制方法如下： [0012] 总阀关闭，零质量射流激励器启动，零质量射流激励器单独工作模态； [0013] 总阀打开，零质量射流激励器不启动，控制供气管路总阀为高压条件，为振荡射流流动控制单独工作模态； [0014] 总阀打开，零质量射流激励器不启动，控制供气管路总阀为低压条件，为微抽吸流动控制单独工作模态； [0015] 总阀打开，零质量射流激励器启动，控制供气管路总阀为高压条件，为振荡射流流动控制与零质量射流激励器组合工作模态； [0016] 总阀打开，零质量射流激励器启动，控制供气管路总阀为低压条件，为微抽吸流动控制与零质量射流激励器组合工作模态； [0017] 根据不同飞行工况选择合适的工作模式。 [0018] 进一步的，所述主动流动控制激励器采用至少两个，布置在气动型面上不同位置，每个主动流动控制激励器通过一条支管路连通气源供气管路，每条支管路上设置子阀门，控制总阀关闭，子阀门打开，多个主动流动控制激励器之间由于当地压力差形成气流流动，进行工作模式控制。 [0019] 进一步的，至少有一个主动流动控制激励器布置在机翼前缘。 [0020] 本发明与现有技术相比的有益效果： [0021] 本发明提出的一种多模态宽适应性主动流动控制激励器及其控制方法，具有如下优点 [0022] ①通过一套多模态主动流动控制激励器实现原本需要多套不同常规流动控制系统共同完成的控制功能，有效拓展该流动控制系统在大速域空域飞行包线应用适应性范围，大幅提升工程应用能力。 [0023] ②将高能激励器(振荡射流等)和低能激励器(零质量合成射流、间歇式微抽吸气等)进行模态组合，可根据不同使用工况具体情况进行单独模态或组合模态流动控制，提高流动控制实时效费比。 [0024] ③利用机翼前缘等驻点附近高压区域引气到其它区域激励器的供气管路提供一定质量的高压力能气流，降低在较大(中等)质量射流情况下需从发动机引气的能量输入和流量推力损失。 [0025] ④可共用供气主管路和控制系统，相比分开的三套系统可大幅降低结构重量等使用代价。 [0026] ⑤在起飞或低速盘旋需要大幅增加升力系数和失速攻角等工况下，可采用零质量合成射流去激励/驱动振荡射流变频工作模态，获得最大的射流速度，改善大分离流动，有效推迟失速，增加可用升力系数。 [0027] ⑥在巡航阶段，在迎来流方向气动型面前半段主要采用微抽吸模态，控制和推迟层流转捩，减小摩擦阻力；气动型面后半段主要采用零质量合成射流模态控制后缘分离，降低型阻，实现层流/湍流混合流动综合减阻，提高巡航升阻比和经济性。附图说明 [0028] 所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0029] 图1为本发明具体实施例提供的一种多模态宽适应性主动流动控制激励器结构示意图； [0030] 图2为本发明具体实施例提供的另一种多模态宽适应性主动流动控制激励器结构示意图； [0031] 图3为本发明具体实施例提供的多模态宽适应性主动流动控制激励器的单独/组合工作模式。 [0032] 其中，上述附图包括以下附图标记： [0033] 1—第二零质量射流激励器出口；2—振荡射流激励器内流路；3—第一零质量射流激励器出口；4—振荡射流激励器控制口；5—激励器供气入口；6—激励器出口；7—零质量射流激励器；8—被控气动型面壁面；9—第三零质量射流激励器出口；10—振荡射流激励器主侧壁；11—振荡射流激励器分流劈；12—第一子阀门；13—供气管路；14—供气管路总阀；15—支管路；16—第二子阀门。具体实施方式 [0034] 下面对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。 [0035] 在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。 [0036] 本发明对现有的零质量合成射流、振荡射流和微抽吸气三种主动流动控制方式进行有机组合，取长补短，充分发挥各自优势，设计了一种多模态宽适应性主动流动控制激励器： [0037] (1)在振荡射流激励器部件结构内部布置多开口零质量合成射流激励器或者多个零质量合成射流激励器，利用零质量合成射流去激励/驱动振荡射流变频，实现宽速域工作频率和射流速度范围的大幅提升。 [0038] (2)利用振荡射流气源主管路阀门调节各支路气流压力对部分回路实现间歇式微抽吸功能和关联控制，通过与零质量合成射流和振荡射流部件结合，构成三者即可分开独立工作又能相互组合工作的多模态激励器系统。 [0039] (3)在机翼前缘驻点布置激励器，与机翼其他位置激励器组合，利用机翼前缘驻点附近高压区域引气为其它区域激励器的供气管路提供一定质量的高压气流，降低在较大(中等)质量射流情况下需从发动机引气的能量输入和流量推力损失，使得在付出整体代价尽量小的情况下拥有针对不同工况需求提供不同射流质量控制的能力。 [0040] 本实施例中多模态宽适应性主动流动控制激励器由零质量合成射流、振荡射流和微抽吸气三种主动流动方式激励器(管路)组合而成，如图1所示，主要包括振荡射流激励器、零质量射流激励器、气流管路、控制阀门。零质量射流激励器设置在振荡射流激励器两条内流路之间，振荡射流激励器两条内流路2的分流劈11位置以及两边内侧壁上分别设置一个开口，用于连通零质量射流激励器7的出口；振荡射流激励器顶端设置组合激励器供气入口5和两个振荡射流激励器控制口4，供气入口5通过供气管路连通气源，组合激励器供气入口5连接内流路和外部气源，供气管路设置总阀，总阀控制气源输出高压气体、低压气体；振荡射流激励器控制口4位于振荡射流激励器主侧壁10外侧，可控制振荡射流基本工作频率；两条内流路2底端分别设置一个多模态组合激励器出口6，多模态组合激励器出口6与被控气动型面壁面8外部连通；该主动流动控制激励器通过直接内置镶嵌的方式嵌入在被控气动型面壁面8上，激励器出口布置在壁面8上。 [0041] 本发明振荡射流激励器内腔体和管路壁面构成多模态激励器的主体结构振荡射流激励器内流路2、振荡射流激励器控制口4、振荡射流激励器主侧壁10、振荡射流激励器分流劈11。零质量射流激励器7主要分布在振荡射流激励器两侧内流道2和分流劈11之间围成的区域，如图1所示，零质量射流激励器7三个出口1、3、9分别在相应位置布置，零质量射流激励器7可以采用三个小激励器布置方式，也可以采用为一个大的激励器在相应位置设置三个出口，如图2所示。其中，第一零质量射流激励器出口3主要用于和振荡射流组合工作，第一、第二、第三零质量射流激励器出口则主要用于零质量射流单独模态工作时对外流场实施扰动控制。 [0042] 振荡射流激励器两条内流路2的两边内侧壁上设置的第二、第三零质量射流激励器出口1、9应尽量靠近被控气动型面壁面8。 [0043] 实际应用中，上述多模态宽适应性主动流动控制激励器采用多个布置在气动型面上不同位置，每个主动流动控制激励器通过一条支管路连通气源供气管路13，每条支管路15上设置子阀门，供气管路13上设置供气管路总阀14。 [0044] 单个主动流动控制激励器供气子阀门(第一子阀门12、第二子阀门16等)和供气管路总阀14布置在供气管路上，通过控制阀门关闭以及气压值大小，控制组合激励器不同模态工作功能，具体控制方法如下： [0045] ①当各个主动流动控制激励器供气子阀门关闭时，为各个主动流动控制激励器独自工作状态，此时零质量射流激励器启动，为单一的零质量射流激励器工作模态。 [0046] ②当各个主动流动控制激励器供气子阀门和供气管路总阀均打开时，且零质量射流激励器不启动，如果供气管路总阀为高压条件，则为振荡射流流动控制单独工作模态；如果供气管路总阀为低压条件，则为微抽吸流动控制单独工作模态； [0047] 当各个主动流动控制激励器供气子阀门和供气管路总阀均打开时，且零质量射流激励器启动，如果供气管路总阀为高压条件，则为振荡射流流动控制与零质量射流激励器共同工作的组合模态；如果供气管路总阀为低压条件，则为微抽吸流动控制与零质量射流激励器共同工作的组合模态。 [0048] ③当各个主动流动控制激励器供气子阀门均打开而供气管路总阀关闭时，为该相关的激励器之间相互组合的工作模态，可结合其各自布置所在不同位置出口的当地压力差，实现该支路之间的气流流动方向和具体控制，比如利用机翼前缘驻点附近高压区域引气为其它区域激励器的供气管路提供一定质量的高压气流等。 [0049] 本实施例主动流动控制方法对现有的零质量合成射流、振荡射流和微抽吸气三种主动流动方式进行有机组合，通过取长补短，充分发挥各自优势，使组合后的流动控制激励器系统具有多种模态，可以根据不同飞行工况需求单独工作，也可以相互组合工作。 [0050] 上述实施例中，如图3所示，当流动控制系统处于单模态工作状态时，各个激励器模块供气阀门(12、16等)关闭，激励器内部的零质量合成射流模态单独工作时，具有低能耗特点，主要用于巡航阶段表面局部区域流动分离控制；振荡射流模态单独工作时，将保持处于最优的设计点高效锁频工作状态；微抽吸模态单独工作时可控制和推迟气动外形表面层流转捩，减小摩阻。 [0051] 当流动控制系统处于组合模态工作时，将零质量合成射流和振荡射流控制进行组合，可利用零质量合成射流驱动振荡射流实现宽频域变频、调节射流速度控制，获得宽速域大空域飞行包线流动控制能力；将振荡射流和微抽吸模态进行组合，同时结合从前缘驻点等高压区域引气等，可对与之相连的多模态激励器模块管路中的气流工质进行循环利用和优化，提高主动流动控制输入能量使用效率和输出能量带宽。 [0052] 如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。 [0053] 应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。 [0054] 这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。 [0055] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 [0056] 本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

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