一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合成射流激勵器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于大尺度及高速流動的主動流動控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]流動控制技術(shù)是航空航天領(lǐng)域的研宄重點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景和研宄價(jià)值，弓丨起了國內(nèi)外研宄者的廣泛關(guān)注。合成射流是上世紀(jì)90年代提出的通過激勵器產(chǎn)生的旋渦融合干擾來合成的一種零質(zhì)量射流，它在如流動分離和氣動力控制，射流矢量控制，噴流強(qiáng)化混合及換熱等諸多流動控制領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，由于不需要?dú)庠匆虼耸艿綇V泛關(guān)注。
[0003]目前研宄最多的合成射流激勵器是壓電膜式合成射流激勵器，通過腔體內(nèi)壓電膜的小振幅高頻振動來周期性吹吸形成合成射流，其主要問題是速度低(最大速度只有幾十米每秒)，輸出動量較小，能量水平不足，不利于實(shí)際航空航天工程應(yīng)用中大尺度以及高速流動的控制。為了達(dá)到高的輸出動量，美國約翰霍普金斯大學(xué)設(shè)計(jì)的電火花式式合成射流激勵器通過電火花放電迅速加熱腔體內(nèi)的氣體，導(dǎo)致氣體急劇膨脹，腔體內(nèi)壓力急劇升高，腔體孔口處形成高速射流，其出口最大速度可達(dá)500m/s，但是其放電頻率較低而且由于溫升引起的材料耐熱問題是限制應(yīng)用的最大困難。美國佐治亞理工提出的活塞式合成射流激勵器通過電機(jī)帶動活塞運(yùn)動對腔體內(nèi)氣體進(jìn)行周期性壓縮，在較小出口孔徑和較高工作頻率時(shí)，可以達(dá)到很大的輸出動量，出口最大速度可以達(dá)到超過500m/s，而且不存在材料過熱問題，因此受到我們的關(guān)注。
[0004]活塞式合成射流激勵器的主要問題在于實(shí)現(xiàn)高速射流時(shí)，會導(dǎo)致吸氣過程的腔體和環(huán)境的壓比很小，吸氣變得困難，而由于吹吸過程質(zhì)量是守恒的，吸氣階段所占一個周期的時(shí)間會變長，這樣會限制激勵器的最大壓比而影響激勵器性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器，解決了活塞式合成射流激勵器在小出口孔徑和高工作頻率時(shí)吸氣困難而影響激勵器性能的問題。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
[0007]1、本發(fā)明帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器通過在開設(shè)輔助進(jìn)氣槽，結(jié)構(gòu)簡單，有效增加了吸氣流通面積，吸氣變得更容易，使得吸氣階段所占整個周期比例明顯下降。
[0008]2、本發(fā)明帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器通過改善激勵器吸氣特性峰值吹氣壓比，峰值吹氣動量和峰值出口速度大幅提高，使得激勵性能顯著提升。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器整體外觀示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器整體裝配示意圖；
[0011]圖3為本發(fā)明帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0012]圖4為本發(fā)明帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器的汽缸示意圖；
[0013]圖5為本發(fā)明帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器的汽缸支座示意圖；
[0014]圖6為本發(fā)明帶和不帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器的數(shù)值計(jì)算壓比對比；
[0015]圖7為本發(fā)明帶和不帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器的數(shù)值計(jì)算出口速度對比；
[0016]圖8為本發(fā)明帶和不帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器的數(shù)值計(jì)算出口動量對比；
[0017]圖中:
[0018]1-汽缸活塞系統(tǒng)2-連接系統(tǒng) 3-固定和支撐系統(tǒng)
[0019]4-電機(jī)101-汽缸蓋 102-活塞
[0020]103-汽缸104-輔助進(jìn)氣槽201-連桿
[0021]202-活塞銷 203-曲軸204曲軸聯(lián)軸器
[0022]301-汽缸支座 302-軸承A303-軸承B
[0023]304-軸承擋板A 305-軸承擋板B 307-底座
[0024]308-電機(jī)支板 309-輔助進(jìn)氣槽310-圓柱腔體
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提出一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器，包括的部件汽缸活塞系統(tǒng)1，連接系統(tǒng)2，固定和支撐系統(tǒng)，3以及電機(jī)4。
[0026]所述汽缸活塞系統(tǒng)I包括汽缸蓋101、活塞102、汽缸103。所述汽缸103在靠近活塞運(yùn)動下死點(diǎn)附近對稱開兩道進(jìn)氣槽104，槽的高度為汽缸103高度的1/17左右，周向角度所占為90度。汽缸103置于汽缸支座201內(nèi)，并通過汽缸頂部的定位槽實(shí)現(xiàn)周向定位，所述汽缸蓋101通過防震螺栓和汽缸支座201緊密連接并壓緊汽缸103，所述的活塞102置于帶進(jìn)氣槽的汽缸103內(nèi)部并和連桿201相連。
[0027]所述連接系統(tǒng)2包括連桿201，曲軸202以及曲軸聯(lián)軸器203，。所述連桿201和通過活塞銷203活塞102相連，所述曲軸202大頭一側(cè)通過軸承302支撐于汽缸支座301，小頭一側(cè)穿過連桿孔與曲軸聯(lián)軸器204的大孔相連，所述曲軸聯(lián)軸器204大孔側(cè)與連桿小頭側(cè)相連，聯(lián)軸器側(cè)由軸承302支撐后與電機(jī)4相連。
[0028]所述固定和支撐系統(tǒng)3包括汽缸支座301，軸承A302，軸承B303，軸承擋板A304，軸承擋板B304，側(cè)擋板306，底座307，電機(jī)支板308。汽缸支座301圓柱形腔體內(nèi)置有帶進(jìn)氣槽的汽缸103，并通過支座上沿的定位凸起實(shí)現(xiàn)汽缸103的周向定位，并且汽缸支座301的圓柱腔體301在汽缸103開槽位置處也對應(yīng)開了兩道輔助進(jìn)氣槽309 (槽的高度為汽缸103的1/17，周向角度所占角度為90度)以實(shí)現(xiàn)輔助進(jìn)氣功能。軸承A302和軸承B303置于汽缸支座301的兩個大孔內(nèi)，并用軸承擋板A304和軸承擋板B305實(shí)現(xiàn)軸向定位。底座307通過螺栓和汽缸支座301相連。電機(jī)4通過螺栓固定在電機(jī)支板308上，電機(jī)4的輸出軸通過定位螺釘和曲軸聯(lián)軸器204相連。電機(jī)支板308通過螺栓固定于底座上。
[0029]上述帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器的工作過程為:電機(jī)4通過曲軸202、曲軸聯(lián)軸器204以及連桿201帶動活塞102上下運(yùn)動，活塞102從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，汽缸103內(nèi)氣體被壓縮，當(dāng)壓力上升到超過外界環(huán)境壓力，氣體從汽缸蓋101上的孔吹出形成高速射流，活塞102從上死點(diǎn)向下死點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，由于膨脹作用汽缸103內(nèi)壓力下降，夕卜界壓力高于內(nèi)部壓力則氣體被吸入汽缸103內(nèi)?；钊胶铣缮淞骷钇髦饕阅軈?shù)可以用壓比Pr (定義為汽缸內(nèi)的壓力和外界環(huán)境壓力之比)，輸出動量MV以及出口平均速度Velocity來描述。通過對激勵器出口孔徑為2_，工作頻率為200Hz的帶輔助進(jìn)氣槽和不帶輔助進(jìn)氣槽的計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬的對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器增加了吸氣的流通面積，使得吸氣更容易，改善激勵器吸氣特性，激勵器性能提升顯著。如圖6所示，壓比Pr大于I表示汽缸103內(nèi)壓力大于外界環(huán)境壓力，進(jìn)入吹氣階段；Pr小于I則表示汽缸103內(nèi)壓力小于外界環(huán)境壓力，進(jìn)入吸氣階段，可以看到峰值吹氣壓比提高65 %左右。如圖7所示，橫坐標(biāo)為在一個周期內(nèi)的時(shí)刻，縱坐標(biāo)表示出口速度，速度為正表示吹氣，速度為負(fù)表示吸氣，可以看出吸氣階段所占整個周期比例從66.4%降為36.1%，吹氣階段所占整個周期比例從33.6%升為63.9%。如圖8所示，激勵器峰值出口平均速度提高4%左右，峰值吹氣動量提高66.7%左右。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器，其特征在于:包括汽缸活塞系統(tǒng)，連接系統(tǒng)，固定和支撐系統(tǒng)以及電機(jī)。 所述汽缸活塞系統(tǒng)I包括汽缸蓋、活塞、汽缸。所述汽缸在靠近活塞運(yùn)動下死點(diǎn)附近對稱開兩道進(jìn)氣槽。汽缸置于汽缸支座內(nèi)，并通過汽缸頂部的定位槽實(shí)現(xiàn)周向定位汽缸支座圓柱形腔體內(nèi)置有帶進(jìn)氣槽的汽缸，并通過支座上沿的定位凸起實(shí)現(xiàn)汽缸的周向定位，并且汽缸支座圓柱形腔體在汽缸開槽位置處也對應(yīng)開了兩道進(jìn)氣槽(槽的高度為汽缸高度的1/17，周向角度所占角度為10?180度)以實(shí)現(xiàn)輔助進(jìn)氣功能。
2.如權(quán)利要求1所述一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器，其特征在于:所述汽缸輔助進(jìn)氣槽的高度為汽缸高度的1/17左右，周向角度所占為10?180度。
3.如權(quán)利要求1所述一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器，其特征在于:所述汽缸支座圓柱形腔體輔助進(jìn)氣槽的高度為汽缸高度的1/17左右，周向角度所占為10?180度。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵器，包括汽缸活塞系統(tǒng)，連接系統(tǒng)，固定和支撐系統(tǒng)以及電機(jī)。所述汽缸活塞系統(tǒng)1包括汽缸蓋、活塞、汽缸。上述汽缸在靠近活塞運(yùn)動下死點(diǎn)附近對稱開兩道進(jìn)氣槽。汽缸置于汽缸支座內(nèi)，并通過汽缸頂部的定位槽實(shí)現(xiàn)周向定位汽缸支座圓柱形腔體內(nèi)置有帶進(jìn)氣槽的汽缸，并通過支座上沿的定位凸起實(shí)現(xiàn)汽缸的周向定位，并且汽缸支座圓柱形腔體在汽缸開槽位置處也對應(yīng)開了兩道進(jìn)氣槽以實(shí)現(xiàn)輔助進(jìn)氣功能。上述結(jié)構(gòu)通過簡單開槽措施，有效增加了吸氣流通面積，吸氣變得更容易，使得吸氣階段所占整個周期比例明顯下降，同時(shí)改善激勵器吸氣特性峰值吹氣壓比，峰值吹氣動量和峰值出口速度大幅提高，使得激勵性能顯著提升。
【IPC分類】F04B35-04, F04B39-12
【公開號】CN104791218
【申請?zhí)枴緾N201510133856
【發(fā)明人】額日其太, 王猛杰, 洪亮, 張亮
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月25日