本發(fā)明涉及流體激勵裝置，特別涉及雙向主動控制上游流體激勵裝置。

背景技術(shù)：

通過穩(wěn)定抽吸來延遲流動分離最早開始于1904年，當(dāng)普蘭特爾(prandtl)展示邊界層理論時(shí)，通過位于圓柱體表面上的狹窄吸入槽去除邊界層的旋轉(zhuǎn)流動，從而在大部分圓柱體表面上保持附著的流動。ackeret，betz&schrenk將這個想法應(yīng)用于joukowski型的厚翼型，通過抽吸的流動來延遲分離從而減小其阻力，并且也被lachmann引用。這種槽抽吸的方法被用于不同的翼型和不同的襟翼，以增強(qiáng)升力，但是所涉及的吸入量太高(1％<cq<3％)，并不能普及到實(shí)際應(yīng)用。即使表面槽抽吸和多槽抽吸仍然被認(rèn)為對在高雷諾數(shù)下保持層流是有價(jià)值的方法，但為減少高速下的阻力而變薄的翼型，使得為除去低壓外部流體所需的內(nèi)部較大的管道應(yīng)用更加受限。邊界層分離的多種流動控制方法已經(jīng)使用了一個多世紀(jì)，為了補(bǔ)救邊界層分離，表面槽抽吸法是從零開始抽吸并逐漸增加，直到流動重新附著表面，這相比于恒定流吹能夠節(jié)省大量的能量，然而，通過重定向分離的流內(nèi)部的繼承能量來最小化能量輸入的領(lǐng)域是未能涉及，nishri證明通過槽引入周期性激勵(沒有凈質(zhì)量流量)可以迫使已偏轉(zhuǎn)的襟翼上的分離流重新附著表面，在他的實(shí)驗(yàn)中，流動狀態(tài)的非常敏感的指示器是壓力中心xcp，當(dāng)流被分離時(shí)，xcp在襟翼大約中間的位置擺動，而當(dāng)流被重新附著時(shí)移動到更靠近前緣。

使用閉環(huán)控制策略進(jìn)一步減小了這種槽抽控制方法所需的能量，并實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其在能量節(jié)約方面的有用性，通過連續(xù)監(jiān)測流量和控制吸入?yún)?shù)，可以在最低可能的干預(yù)水平下保持附著的流量條件，并安全地進(jìn)行控制。這種現(xiàn)象之前從未在作為實(shí)際應(yīng)用的獨(dú)立實(shí)體的翼型上進(jìn)行試驗(yàn)，表面槽抽吸法也從來沒有在這種情況下作為主要控制方法實(shí)驗(yàn)過，這些在獲得對表面槽抽吸法物理學(xué)理解的基礎(chǔ)上的新的發(fā)現(xiàn)，并在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，衍生了一種節(jié)能、有效的流體控制方法，本發(fā)明提供了雙向主動控制上游流體激勵裝置，該裝置將槽抽吸法應(yīng)用到獨(dú)立實(shí)體的機(jī)翼上，用來提供升力減少阻力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了雙向主動控制上游流體激勵裝置，該裝置將槽抽吸法應(yīng)用到獨(dú)立實(shí)體的機(jī)翼上，提高空氣動力升力系數(shù)同時(shí)減小阻力系數(shù)，并且能夠增加更多的機(jī)翼/葉片附近流場環(huán)量。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

雙向主動控制上游流體激勵裝置，包括機(jī)翼和設(shè)置在機(jī)翼上的進(jìn)氣孔、出氣孔、密閉空氣室和氣體輸送驅(qū)動裝置；進(jìn)氣孔設(shè)置在機(jī)翼上表面的前緣區(qū)域內(nèi)，出氣孔設(shè)置在機(jī)翼上表面或/和下表面的后緣區(qū)域內(nèi)，密閉空氣室和氣體輸送驅(qū)動裝置均設(shè)置在機(jī)翼內(nèi)部并且相互連接形成氣體通道，氣流通過氣體輸送驅(qū)動裝置從進(jìn)氣孔的上游端吸入，通過氣體通道由出氣孔噴出。

本發(fā)明提供的流體激勵裝置，其機(jī)翼/葉片前緣流體的抽吸，增加了機(jī)翼/葉片附近流場的環(huán)量，從而提高空氣動力升力系數(shù)。當(dāng)機(jī)翼/葉片內(nèi)的空氣從后緣的出氣孔鼓出時(shí)，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，吹出的氣流在機(jī)翼/葉片表面形成負(fù)壓，從而使表面氣流貼合面積更大，縮小尾流，從而提高空氣動力升力系數(shù)，同時(shí)減小阻力系數(shù)。

密閉空氣室可以位于機(jī)翼前緣區(qū)域內(nèi)，并且同時(shí)與進(jìn)氣孔和氣體輸送驅(qū)動裝置連接。

密閉空氣室也可以位于機(jī)翼后緣區(qū)域內(nèi)，并且同時(shí)與出氣孔和氣體輸送驅(qū)動裝置連接。

另外，密閉空氣室還可以分別位于機(jī)翼前緣區(qū)域和后緣區(qū)域內(nèi)，位于機(jī)翼前緣區(qū)域內(nèi)的密閉空氣室同時(shí)與進(jìn)氣孔和氣體輸送驅(qū)動裝置連接，位于后緣區(qū)域內(nèi)的密閉空氣室同時(shí)與出氣孔和氣體輸送驅(qū)動裝置連接。

本發(fā)明用密閉空氣室代替數(shù)量繁多的管道與出氣孔或/和進(jìn)氣孔相通，減小了管道內(nèi)的空氣阻力，使得吸力和吹力更強(qiáng)勁，空氣動力控制方法更有效，同時(shí)因密閉空氣室通道截面積比各個管道的截面積大得多，大大降低了污物阻塞管道的概率。

本發(fā)明提供的流體體激勵裝置還包括設(shè)置在機(jī)翼后緣區(qū)域的襟翼，出氣孔設(shè)置在襟翼上表面的前緣區(qū)域內(nèi)。

如果裝置不設(shè)置襟翼，出氣孔設(shè)置在機(jī)翼上表面或/和下表面的后緣區(qū)域內(nèi)，如果在機(jī)翼后緣區(qū)域內(nèi)設(shè)置襟翼，那么出氣孔設(shè)置在襟翼上表面的前緣區(qū)域內(nèi)。

本發(fā)明提供的流體激勵裝置，進(jìn)氣孔的數(shù)量至少為一個，具體個數(shù)沒有限制，多個進(jìn)氣孔是在機(jī)翼上表面的前緣區(qū)域內(nèi)沿翼展方向陣列排布；出氣孔的數(shù)量至少為一個，出氣孔的個數(shù)也沒有限制，多個出氣孔在機(jī)翼上或下表面的后緣區(qū)域內(nèi)沿著翼展方向陣列設(shè)置。

進(jìn)氣孔和出氣孔的形狀沒有具體限制，優(yōu)選地，進(jìn)氣孔和出氣孔的形狀為圓形、橢圓形、正方形或矩形。

優(yōu)選地，氣體輸送驅(qū)動裝置為泵，泵類型為離心式、軸流式或混合型。

本發(fā)明提供的氣體輸送驅(qū)動裝置由閉路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，閉路控制系統(tǒng)的輸入信號為壓力信號。

本發(fā)明提供的流體激勵裝置的進(jìn)氣孔的外表面一側(cè)設(shè)置格柵，以防止昆蟲、樹葉等被吸入葉片/機(jī)翼內(nèi)部。

流體激勵裝置還包括設(shè)置在葉片/機(jī)翼內(nèi)部的清除污物系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過氣體輸送驅(qū)動裝置的反向驅(qū)動而產(chǎn)生的從進(jìn)氣孔向外的吹力來實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明提供了雙向主動控制上游流體激勵裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)氣流通過氣體輸送驅(qū)動裝置從進(jìn)氣孔的上游端吸入，進(jìn)入氣體通道由出氣孔噴出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下優(yōu)點(diǎn)：(一)表面槽抽吸法是流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)中一種常用的控制方法，但從未在作為實(shí)際應(yīng)用的獨(dú)立實(shí)體的翼型上同時(shí)嘗試槽吸和閉環(huán)控制的結(jié)合，本發(fā)明是在獨(dú)立的機(jī)翼/葉片前緣使用閉環(huán)控制下的表面槽抽吸的主動控制方法。閉環(huán)控制的壓力感應(yīng)器是機(jī)翼/葉片的壓力中心；(二)其機(jī)翼/葉片前緣流體的抽吸，增加了機(jī)翼/葉片附近流場的環(huán)量，從而提高空氣動力升力系數(shù)。當(dāng)機(jī)翼/葉片內(nèi)的空氣從后緣的出氣孔鼓出時(shí)，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，吹出的氣流在機(jī)翼/葉片表面形成負(fù)壓，從而使表面氣流貼合面積更大，縮小尾流，從而提高空氣動力升力系數(shù)，同時(shí)減小阻力系數(shù)；(三)本發(fā)明用密閉空氣室代替數(shù)量繁多的管道與出氣孔或/和進(jìn)氣孔相通，減小了管道內(nèi)的空氣阻力，使得吸力和吹力更強(qiáng)勁，空氣動力控制方法更有效，同時(shí)因密閉空氣室通道截面積比各個管道的截面積大得多，大大降低了污物阻塞管道的概率。(四)現(xiàn)有技術(shù)的空氣動力主動控制方法主要用在襟翼上，以改變機(jī)翼后緣附近的流場，而本發(fā)明的機(jī)翼/葉片前緣的抽吸和后緣的鼓吹組合是前所未有的，前緣的抽吸和后緣的鼓吹在對機(jī)翼表面的流場影響上各自獨(dú)立，前緣的抽吸目的在控制機(jī)翼/葉片外圍流場的環(huán)量，從而增加升力系數(shù)，而后緣的鼓吹主要是控制機(jī)翼/葉片后半部流體的表面附著程度，減小尾流寬度，從而減小阻力系數(shù)，同時(shí)對升力系數(shù)的提高做貢獻(xiàn)，兩種控制方法的結(jié)合不僅加倍抽吸和鼓吹的控制效益，更解決了兩者單獨(dú)使用時(shí)面臨的氣流排放和來源的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的雙向主動控制上游流體激勵裝置的截面圖；

圖2為本發(fā)明所提供的帶有襟翼的機(jī)翼的雙向主動控制上游流體激勵裝置的截面圖；

圖3為本發(fā)明提供的密閉空氣室位于機(jī)翼前緣區(qū)域內(nèi)的流體激勵裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的密閉空氣室位于機(jī)翼后緣區(qū)域內(nèi)的流體激勵裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的密閉空氣室位于機(jī)翼前緣和后緣區(qū)域內(nèi)的流體激勵裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了雙向主動控制上游流體激勵裝置，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)裝置零部件來實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明當(dāng)中。本發(fā)明的方法及應(yīng)用已經(jīng)通過較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和應(yīng)用進(jìn)行改動或適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)。

雙向主動控制上游流體激勵裝置，包括機(jī)翼y和設(shè)置在機(jī)翼y上的進(jìn)氣孔1、出氣孔5、密閉空氣室(21、22)和氣體輸送驅(qū)動裝置3；進(jìn)氣孔1設(shè)置在機(jī)翼上表面的前緣區(qū)域內(nèi)，出氣孔5設(shè)置在機(jī)翼上表面或/和下表面的后緣區(qū)域內(nèi)，密閉空氣室(21、22)和氣體輸送驅(qū)動裝置3均設(shè)置在機(jī)翼內(nèi)部并且相互連接形成氣體通道，氣流通過氣體輸送驅(qū)動裝置3從進(jìn)氣孔1的上游端吸入，通過氣體通道由出氣孔5噴出。

如圖3所示，在一種實(shí)施方式中，密閉空氣室21可以位于機(jī)翼前緣區(qū)域內(nèi)，并且同時(shí)與進(jìn)氣孔1和氣體輸送驅(qū)動裝置3連接。

如圖4所示，在另外一種實(shí)施方式中，密閉空氣室22也可以位于機(jī)翼后緣區(qū)域內(nèi)，并且同時(shí)與出氣孔5和氣體輸送驅(qū)動裝置3連接。

另外，如圖5所示，密閉空氣室還可以分別位于機(jī)翼前緣區(qū)域和后緣區(qū)域內(nèi)，位于機(jī)翼前緣區(qū)域內(nèi)的密閉空氣室21同時(shí)與進(jìn)氣孔1和氣體輸送驅(qū)動裝置3連接，位于后緣區(qū)域內(nèi)的密閉空氣室22同時(shí)與出氣孔5和氣體輸送驅(qū)動裝置3連接。

本發(fā)明提供的體激勵裝置還包括設(shè)置在機(jī)翼后緣區(qū)域的襟翼6，出氣孔5設(shè)置在襟翼6上表面的前緣區(qū)域內(nèi)。

如果裝置不設(shè)置襟翼6，出氣孔5設(shè)置在機(jī)翼y的上表面或/和下表面的后緣區(qū)域內(nèi)，如果在機(jī)翼y后緣區(qū)域內(nèi)設(shè)置襟翼6，那么出氣孔5設(shè)置在襟翼6上表面的前緣區(qū)域內(nèi)。

本發(fā)明提供的流體激勵裝置，進(jìn)氣孔1的數(shù)量至少為一個，具體個數(shù)沒有限制，多個進(jìn)氣孔1是在機(jī)翼上表面的前緣區(qū)域內(nèi)沿翼展方向(y-k)陣列排布；出氣孔5的個數(shù)至少為一個，出氣孔的個數(shù)也沒有限制，多個出氣孔5在機(jī)翼上或/和下表面的后緣區(qū)域內(nèi)沿著翼展方向(y-k)陣列設(shè)置。

在一種具體的實(shí)施方式中，進(jìn)氣孔1和出氣孔5的形狀設(shè)置成圓形、橢圓形、正方形或矩形；進(jìn)氣孔的外表面一側(cè)設(shè)置格柵。

在另外一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，氣體輸送驅(qū)動裝置3為泵，泵類型為離心式、軸流式或混合型；氣體輸送驅(qū)動裝置由閉路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，閉路控制系統(tǒng)的輸入信號為壓力信號。

本發(fā)明提供的流體激勵裝置在工作時(shí)，機(jī)翼/葉片上的壓力傳感器信號經(jīng)閉路控制系統(tǒng)輸出信號到泵控制系統(tǒng)，泵3輸出合適的馬力，把機(jī)翼/葉片外部的空氣通過機(jī)翼前緣區(qū)域的進(jìn)氣孔1吸入，經(jīng)過機(jī)翼/葉片前緣的密閉空氣室21，然后匯總到泵3，泵3連接到機(jī)翼/葉片后緣的密閉空氣室22，最后通過機(jī)翼后緣或者襟翼前緣區(qū)域的出氣孔5鼓出。

根據(jù)實(shí)際需求，可以反向驅(qū)動氣體輸送驅(qū)動裝置，將氣流從出氣孔吸入，經(jīng)由氣體通道最后從吸氣孔鼓出。

氣體輸送驅(qū)動裝置的反向驅(qū)動而產(chǎn)生的從進(jìn)氣孔向外的吹力可以實(shí)現(xiàn)葉片/機(jī)翼內(nèi)部的污物的清除。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。