流道中輔助邊界層抽吸方法，微型渦流發(fā)生器2處于超聲速流道近壁區(qū)來(lái)流邊界層流體1的底層，微型渦流發(fā)生器2使流經(jīng)它的邊界層流體1 (包含底層低速流體3和上層高速流體4)隨微其上表面逐漸抬升并運(yùn)動(dòng)至其側(cè)邊緣附近；微型渦流發(fā)生器2上表面后掠的側(cè)邊緣使運(yùn)動(dòng)至此的底層低速流體3脫落并形成流向渦5，流向渦5及其所裹挾底層低速流體3沿微型渦流發(fā)生器2的側(cè)壁運(yùn)動(dòng)至微型渦流發(fā)生器2的尾部，從效果上看原本處于邊界層底層的底層低速流體3在流經(jīng)微型渦流發(fā)生器2后均被收集于渦流發(fā)生器尾部，從而達(dá)到底層低速流體預(yù)收集效果；而后通過(guò)設(shè)置在微型渦流發(fā)生器2尾部的流體抽吸裝置7對(duì)傳遞至此的流向渦5及其所包含的底層低速流體進(jìn)行集中、高效地抽除；與此同時(shí)，邊界層的上層高速流體4不會(huì)在渦流發(fā)生器側(cè)邊緣直接脫落，而是在膨脹波作用下發(fā)生流向偏折并繞過(guò)微型渦流發(fā)生器2側(cè)邊緣繼續(xù)向下游運(yùn)動(dòng)，形成能量水平更高的新邊界層，達(dá)到流動(dòng)控制目的。
[0030]如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)至微型渦流發(fā)生器2兩側(cè)后掠邊緣附近的邊界層中上層高速流體4在膨脹波作用下僅發(fā)生流體方向的偏折而不脫落，從而繞過(guò)微型渦流發(fā)生器2繼續(xù)向下游流動(dòng)而不被誤抽除。
[0031 ] 如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，微型渦流發(fā)生器2采用后掠三角翼構(gòu)型的微型渦流發(fā)生器；后掠三角翼具有一條來(lái)流邊，來(lái)流邊垂直于邊界層流體1的來(lái)流方向布置，與來(lái)流邊相對(duì)應(yīng)的后掠三角翼的頂角朝向邊界層流體1的流動(dòng)下游方向布置。
[0032]如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，微型渦流發(fā)生器2以陣列形式緊密排列布置于超聲速流道的壁面上。
[0033]如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，邊界層中底層低速流體3與上層高速流體4之間的界線由來(lái)流條件以及微型渦流發(fā)生器2結(jié)構(gòu)特性共同決定。
[0034]如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，后掠三角翼的垂直高度h小于邊界層厚度δ，以將微型渦流發(fā)生器2的作用區(qū)域控制在來(lái)流邊界層流體1內(nèi)部，從而降低邊界層流體1在流動(dòng)控制過(guò)程中引入的額外氣動(dòng)阻力。
[0035]如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，通過(guò)改變微型渦流發(fā)生器2的側(cè)邊弦長(zhǎng)C以及微型渦流發(fā)生器2的半頂角角度Αρ，以改變對(duì)邊界層流體1中底層低速流體3和上層高速流體4的劃分界線，進(jìn)而改變被收集的邊界層底層低速流體3所占邊界層流體1的比例，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)最終被抽吸裝置7抽除的邊界層底層低速流體3流量的控制。
[0036]如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，通過(guò)微型渦流發(fā)生器2的半頂角角度調(diào)整后掠邊緣的后掠角的角度，以調(diào)整垂直于后掠邊緣方向上的速度分量隊(duì)和相應(yīng)的垂直馬赫數(shù)分量。以垂直馬赫數(shù)分量大于1.0為界線，以保證后掠邊緣附近的上層高速流體4中膨脹波的存在，并且以此作為上層高速流體4與底層低速流體3的劃分標(biāo)準(zhǔn)。
[0037]如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，抽吸裝置7的抽吸口 6采用可避免微型渦流發(fā)生器2尾部出現(xiàn)明顯流體分離的外大內(nèi)小的漏斗狀結(jié)構(gòu)。
[0038]如圖1、圖2和圖3所示，抽吸口 6的外口直徑與流向渦5的直徑相匹配，以保證被收集的底層低速流體3可被迅速、有效抽除。
[0039]實(shí)施時(shí)，本發(fā)明涉及一種超聲速流道中的輔助邊界層抽吸方法。其原理為在超聲速邊界層抽吸之前，利用近壁流體在微型渦流發(fā)生器2側(cè)邊緣脫落形成的尾流分層機(jī)制對(duì)超聲速邊界層底部的底層低速流體3預(yù)先進(jìn)行收集，隨后對(duì)尾流中收集的低速氣流進(jìn)行集中抽吸。從效果上看，本發(fā)明在邊界層抽吸實(shí)施之前對(duì)邊界層流體1的上層高速流體4、底層低速流體3分布預(yù)先進(jìn)行調(diào)整，將在邊界層抽吸中真正需要抽除的近壁的底層低速流體3集中于微型渦流發(fā)生器2尾端很小的區(qū)域之內(nèi)，然后再進(jìn)行集中抽吸，實(shí)現(xiàn)對(duì)壁面邊界層的底層低速流體3的精確抽吸。與傳統(tǒng)的無(wú)差別壁面邊界層抽吸方式相比，在抽除邊界層底層低速流體3的同時(shí)可保證邊界層上層高速流體4不受影響，因而在達(dá)到同樣的邊界層流體1動(dòng)量恢復(fù)水平的前提下，需要抽除的流體質(zhì)量流量大大減小，質(zhì)量流量損失甚至可以忽略。
[0040]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法， 超聲速流道中近壁區(qū)邊界層內(nèi)流體速度從壁面向外逐漸由零增大至超聲速主流速度， 所述超聲速流道中靠近壁面的區(qū)域?yàn)檫吔鐚恿黧w(1)， 所述邊界層流體(1)中緊鄰壁面的流體為底層低速流體(3)，所述邊界層流體(1)中靠近超聲速主流部分的流體為上層高速流體(4)， 其特征在于， 將微型渦流發(fā)生器(2)設(shè)于邊界層內(nèi)部，以通過(guò)流動(dòng)控制技術(shù)將邊界層的所述底層低速流體(3)抽除，避免因邊界層的底層低速流體(3)的速度和能量過(guò)低而引發(fā)大尺度流動(dòng)分離，同時(shí)保留邊界層的上層高速流體(4)，以減低流量損失； 所述流動(dòng)控制技術(shù)包括:通過(guò)所述微型渦流發(fā)生器(2)使包含有所述邊界層流體(1)在內(nèi)的上游來(lái)流在向下游流動(dòng)的同時(shí)隨所述微型渦流發(fā)生器(2)表面逐漸抬升； 通過(guò)在所述微型渦流發(fā)生器(2)上表面兩側(cè)設(shè)置后掠邊緣，以使移動(dòng)至后掠邊緣的邊界層的所述底層低速流體(3)發(fā)生脫落并形成富含所述底層低速流體(3)的流向渦(5)，從而達(dá)到底層低速流體(3)收集的目的； 所述流向渦(5)在邊界層的上層高速流體(4)帶動(dòng)下沿所述微型渦流發(fā)生器(2)的兩側(cè)側(cè)壁運(yùn)動(dòng)至所述微型渦流發(fā)生器(2)的尾部； 通過(guò)在所述微型渦流發(fā)生器(2)尾部設(shè)置流體抽吸裝置(7)，以抽除傳遞至所述微型渦流發(fā)生器(2)尾部的富含所述底層低速流體(3)的所述流向渦(5)，從而達(dá)到集中抽除邊界層中所述底層低速流體(3)的目的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，其特征在于， 運(yùn)動(dòng)至所述微型渦流發(fā)生器(2)兩側(cè)后掠邊緣附近的邊界層中所述上層高速流體(4)在膨脹波作用下僅發(fā)生流體方向的偏折而不脫落，從而繞過(guò)所述微型渦流發(fā)生器(2)繼續(xù)向下游流動(dòng)而不被誤抽除。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，其特征在于， 所述微型渦流發(fā)生器(2)采用后掠三角翼構(gòu)型的微型渦流發(fā)生器； 所述后掠三角翼具有一條來(lái)流邊， 所述來(lái)流邊垂直于所述邊界層流體(1)的來(lái)流方向布置， 與所述來(lái)流邊相對(duì)應(yīng)的后掠三角翼的頂角朝向所述邊界層流體(1)的流動(dòng)下游方向布置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，其特征在于， 所述微型渦流發(fā)生器(2)以陣列形式緊密排列布置于所述超聲速流道的壁面上。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，其特征在于， 邊界層的所述底層低速流體(3)與邊界層的所述上層高速流體(4)之間的界線由來(lái)流條件以及所述微型渦流發(fā)生器(2)結(jié)構(gòu)特性決定。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，其特征在于， 所述后掠三角翼的垂直高度h小于邊界層厚度δ，以將所述微型渦流發(fā)生器(2)的作用區(qū)域控制在來(lái)流所述邊界層流體(1)內(nèi)部，從而降低所述邊界層流體(1)在流動(dòng)控制過(guò)程中引入的額外氣動(dòng)阻力。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，其特征在于， 通過(guò)改變所述微型渦流發(fā)生器(2)的側(cè)邊弦長(zhǎng)C以及所述微型渦流發(fā)生器(2)的半頂角角度Ap，以改變對(duì)所述邊界層流體(1)中所述底層低速流體(3)和所述上層高速流體(4)的劃分界線， 進(jìn)而改變被收集的邊界層所述底層低速流體(3)所占所述邊界層流體(1)的比例，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)最終被所述抽吸裝置(7)抽除的邊界層所述底層低速流體(3)流量的控制。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，其特征在于， 通過(guò)所述微型渦流發(fā)生器(2)的半頂角角度調(diào)整后掠邊緣的后掠角的角度，以調(diào)整垂直于后掠邊緣方向上的速度分量和垂直馬赫數(shù)分量； 以垂直馬赫數(shù)分量大于1.0為界線，以保證后掠邊緣附近的所述上層高速流體(4)中膨脹波的存在，并且以此作為所述上層高速流體(4)與所述底層低速流體(3)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，其特征在于， 所述抽吸裝置(7)的抽吸口(6)采用可避免所述微型渦流發(fā)生器(2)尾部出現(xiàn)明顯流體分離的外大內(nèi)小的漏斗狀結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，其特征在于， 所述抽吸口(6)的外口直徑與流向渦(5)的直徑相匹配，以保證被收集的所述底層低速流體(3)可被迅速、有效抽除。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲速流道中輔助邊界層抽吸方法，將微型渦流發(fā)生器設(shè)于邊界層內(nèi)部，使包含有邊界層流體在內(nèi)的上游來(lái)流在向下游流動(dòng)中隨微型渦流發(fā)生器表面逐漸抬升；通過(guò)在微型渦流發(fā)生器上表面兩側(cè)設(shè)置后掠邊緣，以使移動(dòng)至后掠邊緣的邊界層的底層低速流體發(fā)生脫落并形成富含底層低速流體的流向渦，流向渦在邊界層的上層高速流體帶動(dòng)下沿微型渦流發(fā)生器的兩側(cè)側(cè)壁運(yùn)動(dòng)至微型渦流發(fā)生器的尾部；通過(guò)在微型渦流發(fā)生器尾部設(shè)置流體抽吸裝置，以抽除傳遞至微型渦流發(fā)生器尾部的富含底層低速流體的流向渦，避免因邊界層的底層低速流體的速度和能量過(guò)低而引發(fā)大尺度流動(dòng)分離，同時(shí)保留邊界層的上層高速流體，以減低流量損失。
【IPC分類】F15C1/08, F15D1/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105257635
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510741276
【發(fā)明人】王博, 劉衛(wèi)東, 趙玉新
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月4日