本公開涉及一種用于飛行器的流體流動，且更具體地，涉及一種使用流體振蕩器控制飛行器的空氣動力學(xué)的方法和裝置。

在操作飛行器中，流體控制系統(tǒng)可以用于操作飛行器和在飛行器內(nèi)部或在飛行器上的組件。流體控制系統(tǒng)在操作的不同階段期間被使用。例如，流體控制系統(tǒng)可以用于起飛、飛行、著陸、跑道上滑行期間，或被用于飛行器處于使用中的其他操作階段期間。在這些操作階段期間，流體控制系統(tǒng)被用于控制在飛行器的各種部分之上、在飛行器的各種部分中或穿過飛行器的各種部分的流體的流動。

諸如葉片和斜坡的傳統(tǒng)的被動渦流發(fā)生器，已經(jīng)證明了在擴散器中控制分離和提高性能的部分成功。然而，傳統(tǒng)的被動渦流發(fā)生器的缺點是其阻塞流動路徑，并因此總是引入總壓力損失和阻力增大。此外，傳統(tǒng)的被動渦流發(fā)生器被調(diào)準(zhǔn)到特定的操作條件，且并不能輕易靈活地在經(jīng)過操作包線時提供性能改進。

常規(guī)的主動流動控制器(諸如合成射流、穩(wěn)定射流)和傳統(tǒng)的流體控制致動器已經(jīng)顯示出在控制流動分離時是有效的。這些主動流動控制器也能與擴散器一起集成以致不會引入流動阻礙路徑。然而，常規(guī)的主動流動控制器的缺點是來自被動渦流發(fā)生器的性能提升裕度時常不足夠大到抵消常規(guī)的主動流動控制器的成本和安裝復(fù)雜度。因此，安裝困難和制造高成本導(dǎo)致流體控制系統(tǒng)在性能的最優(yōu)水平之下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)第一示例，本文公開了一種用于飛行器的主動流動控制系統(tǒng)。該主動流動控制系統(tǒng)包括機身和安裝在機身的彎曲部分周圍的多個流體振蕩器。機身具有被配置用于從亞音速到超高音速范圍的飛行速度的入口。每個流體振蕩器包括主體和整體噴管。主體具有流入部分和在流入部分對面形成的窄噴管入口。整體噴管通過窄噴管入口耦接到主體。窄噴管入口從流入部分到窄噴管入口形成單一的流體流動路徑。

根據(jù)第一示例的用于飛行器的主動流動控制系統(tǒng)，其中整體噴管包括相對于窄噴管入口成角度的彎曲側(cè)壁。

根據(jù)第一示例的用于飛行器的主動流動控制系統(tǒng)，其中成角度的彎曲側(cè)壁在噴管的喉部中產(chǎn)生了流體的噴射。

根據(jù)第一示例的用于飛行器的主動流動控制系統(tǒng)，其中單一的流體流動路徑的形成將流體振蕩器的尺寸減小了至少兩倍。

根據(jù)第一示例的用于飛行器的主動流動控制系統(tǒng)，其中單一的流體流動路徑的形成將流體振蕩器的重量減小了至少兩倍。

根據(jù)第一示例的用于飛行器的主動流動控制系統(tǒng)，其中在流體振蕩器的噴管和主體之間形成的角度小于90度。

根據(jù)第一示例的用于飛行器的主動流動控制系統(tǒng)，其中多個流體振蕩器安裝在流動分離的上游的機身彎曲部分過渡區(qū)域周圍。

此外，本文的各方面包括用于飛行器的上文敘述的主動流動控制系統(tǒng)的配置的前述布置的任何替換、變化和修改。

根據(jù)第二示例，本文公開了一種用于管理流動控制的裝置。該裝置包括主體和整體噴管。主體具有流入部分和在流入部分的對面形成的窄噴管入口。整體噴管通過窄噴管入口耦接到主體。窄噴管入口從流入部分到窄噴管入口形成單一的流體流動路徑。

根據(jù)第二示例的用于管理流動控制的裝置，其中整體噴管包括相對于窄噴管入口成角度的彎曲側(cè)壁。

根據(jù)第二示例的用于管理流動控制的裝置，其中成角度的彎曲側(cè)壁在噴管的喉部中產(chǎn)生了流體的噴射。

根據(jù)第二示例的用于管理流動控制的裝置，其中單一的流體流動路徑的形成將流體振蕩器的尺寸減小了至少兩倍。

根據(jù)第二示例的用于管理流動控制的裝置，其中單一的流體流動路徑的形成將流體振蕩器的重量減小了至少兩倍。

根據(jù)第二示例的用于管理流動控制的裝置，其中窄噴管入口具有第一直徑，且整體噴管具有在窄噴管入口對面形成的出口，該出口具有小于第一直徑的第二直徑。

根據(jù)第二示例的用于管理流動控制的裝置，其中在流體振蕩器的噴管和主體之間形成的角度小于90度。

此外，本文的各方面包括上文敘述的用于管理流動控制的裝置的配置的前述布置的任何替換、變化和修改。

根據(jù)第三示例，本文公開了一種用于管理流體的流動的方法。該方法包括接收進入在流體振蕩器的主體中形成的流入部分的流體流動；沿著單一的流體流動路徑，將流體流動從流體振蕩器的流入部分傳輸?shù)皆谥黧w中形成的在流入部分的對面的窄噴管入口；從噴管的喉部內(nèi)的流體流動產(chǎn)生流體的噴射，噴管與主體在窄噴管入口處成為一體；以及使流體的噴射沿著隨時間周期性變化的方向離開噴管。

根據(jù)第三示例的用于管理流體的流動的方法，其中整體噴管包括彎曲側(cè)壁，其相對于窄噴管入口成角度，且經(jīng)配置以當(dāng)流體離開噴管時改變流體的方向。

根據(jù)第三示例的用于管理流體的流動的方法，其中單一的流體流動路徑將每個流體振蕩器的尺寸減小了兩倍。

根據(jù)第三示例的用于管理流體的流動的方法，其中使流體的噴射沿著以低頻率隨時間周期性變化的方向離開噴管，導(dǎo)致離開噴管的出口的流體橫掃(sweep across)整體噴管的出口。

根據(jù)第三示例的用于管理流體的流動的方法，其中使流體的噴射沿著以高頻率隨時間周期性變化的方向離開噴管，導(dǎo)致離開整體噴管的出口的流體將噴射能量與周圍流體流場混合。

根據(jù)第三示例的用于管理流體的流動的方法，其中單一的流體流動路徑將每個流體振蕩器的重量減小了至少兩倍。

此外，本文的各方面包括上文敘述的用于管理流體的流動的方法的配置的前述布置的任何替換、變化和修改。

已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)點可以在各種實施例中獨立地實現(xiàn)，或者還可以合并到其他實施例中，其更多細節(jié)通過參考下文描述和附圖得以理解。

附圖簡述

圖1示出了用于控制飛行器的空氣動力學(xué)的常規(guī)流體振蕩器。

圖2示出了根據(jù)一個示例的用于控制飛行器的空氣動力學(xué)的經(jīng)改良的常規(guī)流體振蕩器。

圖3示出了一種具有主動流動控制系統(tǒng)的飛行器，根據(jù)一個示例所述主動流動控制系統(tǒng)用于控制飛行器的空氣動力學(xué)。

圖4根據(jù)一個示例示出了在圖3中的飛行器的一部分的剖視圖。

圖5根據(jù)一個示例示出了用于管理流體的流動的方法。

具體實施方式

圖1示出了在飛行器中使用的常規(guī)的流體振蕩器100。該流體振蕩器100包括主體102和耦接到主體102的整體噴管104。主體102包括流入部分106和在流入部分106對面形成的窄噴管入口108。窄噴管入口108將噴管104耦接到主體102。

反饋控制環(huán)110在流體振蕩器100的主體102中形成。反饋控制環(huán)110經(jīng)配置產(chǎn)生通過噴管104離開流體振蕩器100的流體的振蕩噴射。反饋控制環(huán)110包括多個反饋通道112、反饋通道114。當(dāng)流體通過流入部分106進入流體振蕩器100，流體在反饋通道112和反饋通道114之間分離，形成兩個流體流動路徑：通過第一反饋通道112的第一流體流動路徑116，和通過第二反饋通道114的第二流體流動路徑118。

第一流體流動路徑116和第二流體流動路徑118以交替的模式通過噴管104離開流體振蕩器100。假設(shè)流體最初沿著主體102的第一側(cè)120行進，流體將遵循第一流體流動路徑116通過第一反饋通道112到達噴管104。流體沿著噴管104的第二側(cè)124離開噴管104。流體沿著噴管的第二側(cè)124離開噴管104是由于通過第一反饋通道112傳送的流體的方向。同樣地，假設(shè)流體最初沿著主體102的第二側(cè)壁122行進，流體將遵循第二流體流動路徑118通過第二反饋通道114，并沿著噴管的第一側(cè)126離開噴管104。進入流入部分106的流體將交替遵循第一流體流動路徑116并沿著噴管104的第二側(cè)124離開噴管104，以及遵循第二流體流動路徑118并沿著噴管104的第一側(cè)122離開噴管104，因此產(chǎn)生了離開噴管104的流體的振蕩噴射。

當(dāng)以大于2.0的高壓力比操作時，與高壓力比有關(guān)聯(lián)的物理流動阻塞流體振蕩器100的喉部，這使得反饋控制環(huán)110的影響無效。流體的噴射依靠噴管104的彎曲部分以振蕩方式離開流體振蕩器。因此，在高壓力比下，反饋控制環(huán)110被證明是不必要的，且不必要地增加了流體振蕩器100的大小和重量，并且由于其復(fù)雜的設(shè)計導(dǎo)致難于飛行器集成。

圖2根據(jù)一個示例示出了用于在飛行器中使用的改良的流體振蕩器200。流體振蕩器200包括主體202和耦接到主體202的整體噴管204。主體202包括流入部分206和在流入部分206對面形成的窄噴管入口208。窄噴管入口208將噴管204耦接到主體202。噴管204包括彎曲側(cè)壁210和出口212。彎曲側(cè)壁210相對于窄噴管入口208成角度。例如，彎曲側(cè)壁210可以相對于窄噴管入口208在0°與90°之間成角度。在具體的示例中，彎曲側(cè)壁210相對于窄噴管入口208成大約31°的角度。出口212在噴管204內(nèi)在窄噴管入口208的對面形成。出口212的尺寸經(jīng)設(shè)計使得出口212具有直徑214，該直徑214大于窄噴管入口208的直徑216。例如，出口212的直徑214可以大約是0.04英寸且窄噴管入口208的直徑216可以大約是0.02英寸。被窄噴管入口208圍繞的區(qū)域稱為噴管204的幾何喉部260。

單一的流體流動路徑218被形成為在改良的流體振蕩器200中從流入部分206到出口212。當(dāng)通過流入部分206進入流體振蕩器200的流體到達窄噴管入口208時，流體的噴射250可以在噴管204中形成。如果流體以最低壓力比進入窄噴管入口208，諸如大于2.0的壓力比，則流體的噴射250形成。最低壓力比阻塞流體振蕩器200的喉部260，引起在喉部260有統(tǒng)一的馬赫數(shù)。在噴管204的側(cè)壁之間形成噴射250，允許流體以振蕩方式(oscillating matter)離開噴管204。這由于在噴射250和噴管204的側(cè)壁210之間形成空間。因此，對反饋控制環(huán)(諸如在傳統(tǒng)的流體振蕩器100中的反饋控制環(huán))的需要不再被需要。與常規(guī)的設(shè)備和系統(tǒng)相比，反饋控制環(huán)的去除增加了交通工具的集成潛能并減小了制造復(fù)雜度和成本。例如，去除反饋控制環(huán)將傳統(tǒng)流體振蕩器的尺寸和重量減少了至少2倍。這些益處是在沒有損害離開噴管的噴射的優(yōu)點的情況下實現(xiàn)的。

圖3根據(jù)一個示例示出了一種具有主動流動控制系統(tǒng)301的飛行器300，主動流動控制系統(tǒng)301用于控制飛行器300的空氣動力。飛行器300是飛行器的一個示例，在該飛行器中，主動流動控制系統(tǒng)301可以被實施為用于控制飛行器的空氣動力學(xué)的主動流動控制系統(tǒng)。流動控制系統(tǒng)可以在飛行器300中實施以執(zhí)行諸如維持期望的氣流的各種功能。例如，流動控制系統(tǒng)301可以用于維持期望的氣流，諸如在飛行器300的機翼或穩(wěn)定器上方的邊界層。在圖3所示的示例中，主動流動控制系統(tǒng)301被實施以控制在飛行器300的機翼下方的流體的流動。

流動控制系統(tǒng)301包括定位在飛行器300的機翼下方的機身302。在圖2所示的實施例中，機身302是擴散器。擴散器302包括s形細長的主體304，其具有開向環(huán)境空氣的第一端306，和第二端308。第二端308是氣動界面，其中擴散器302的第二端308符合飛行器300的壓縮機。擴散器302在第一端306耦接到入口310。擴散器302和入口310的分界面311形成喉部區(qū)域312。擴散器302和入口310配置為用于從亞音速到超高音速范圍的飛行速度。

當(dāng)流體進入入口310并流過擴散器302時，流體具有從表面分離的趨勢。當(dāng)流體從擴散器302的內(nèi)表面脫離時，流動分離發(fā)生，并在擴散器內(nèi)形成渦流和旋渦。流動分離引起阻力增加，例如壓力阻力增加，所述壓力阻力是在流體行進通過擴散器302時由于擴散器302的前表面和后表面之間的壓力差引起的。

圖4示出了用A-A線截取的擴散器302的剖視圖。為了控制在擴散器302中發(fā)生的流體分離，多個流體振蕩器200被定位在擴散器302的彎曲部分周圍。例如，流體振蕩器200可以被定位在擴散器302和入口310的分界面311。將流體振蕩器200定位在分界面311使得流體振蕩器200被定位在分離可能發(fā)生的上游。在另一個實施例中，流體振蕩器200可以被定位在分界面311的下游。使用的流體振蕩器的數(shù)量取決于數(shù)個因素，其中一些因素包括每個流體振蕩器的尺寸和重量、擴散器302的尺寸以及流動分離的程度。在圖4中示出的示例中，大約十四個流體振蕩器被布置在入口的彎曲部分過渡區(qū)域周圍。

圖5根據(jù)一個示例示出了用于管理流體的流動的方法500。該方法500在步驟502開始。

在步驟502，流體振蕩器接收進入到在流體振蕩器的主體中形成的入口內(nèi)的流體。流體振蕩器可以是用于具有機身的飛行器的主動流動控制系統(tǒng)的一部分，該機身具有經(jīng)配置用于從亞音速到超高音速范圍的飛行速度的入口。流體振蕩器可以安裝在入口的彎曲部分過渡區(qū)域周圍。流體控制系統(tǒng)經(jīng)配置以控制飛行器的空氣動力學(xué)。

在步驟504，沿著單一的流體流動路徑，流體被從流體振蕩器的流入部分傳輸?shù)皆谥黧w內(nèi)在流入部分對面形成的窄噴管入口。單一的流體流動路徑通過將窄噴管入口定位在流體振蕩器的流入部分對面形成。流體振蕩器不包含在傳統(tǒng)的流體振蕩器中需要的反饋控制環(huán)。因此，當(dāng)進入流體振蕩器的主體時，僅有單一的路徑流體可以遵循。

在步驟506，流體的噴射在噴管的喉部產(chǎn)生，所述噴管在窄噴管入口與流體振蕩器的主體成為一體。噴管包括與窄噴管入口成為一體的彎曲側(cè)壁，和在窄噴管入口的對面形成的出口。窄噴管入口具有第一直徑，所述第一直徑小于噴管的出口的直徑。當(dāng)流體以最低壓力比穿過窄噴管入口時，流體的噴射在噴管的喉部中產(chǎn)生。最低壓力比阻塞流體振蕩器的喉部。例如，統(tǒng)一的馬赫數(shù)足以阻塞流體振蕩器的喉部。

在步驟508，所產(chǎn)生的流體噴射沿著隨時間周期性變化的方向離開噴管。在彎曲側(cè)壁之間，在噴管的喉部中形成的噴射，允許流體的噴射以振蕩方式離開噴管。這是由于通過使側(cè)壁相對于窄噴管入口成角度，在噴射和噴管的側(cè)壁之間形成了空間。在一個實施例中，彎曲的側(cè)壁和窄噴管入口之間的角度小于90°。在具體實施例中，彎曲的側(cè)壁和窄噴管入口之間的角度大約為31°。增大或減小彎曲的側(cè)壁和窄噴管入口之間的角度，將增加或減少噴射在離開噴管時振蕩的頻率。

當(dāng)流體的噴射離開噴管時，流體振蕩器可以用兩個具體的模式操作：橫掃模式和脫落模式(shedding mode)。當(dāng)在流體的噴射中的羽流從噴管側(cè)壁分離時，這引起流體振蕩器以橫掃模式或低頻率模式(例如，10kHz)操作。因此，離開噴管的流體噴射將以小角振幅(例如，峰到峰小于20°)從一邊到另一邊橫掃。當(dāng)羽流開始從流體噴射散開或擴散時，流體振蕩器以脫落模式或高頻模式(例如，200kHz)操作。羽流“脫落”引起噴射能量與周圍流場在時空上迅速混合。

在流入部分和窄噴管入口之間形成單一的流體流動路徑，增加了交通工具集成可能性，并且相比于常規(guī)的流動控制系統(tǒng)，減小了制造復(fù)雜度和成本。簡化的流體振蕩器可以像常規(guī)的流體振蕩器一樣有效地工作，卻只有常規(guī)振蕩器尺寸和重量的一小部分。因此，實現(xiàn)了利用單一的流體流動路徑的益處，而沒有損害離開流體振蕩器的噴管的噴射的優(yōu)點。

本發(fā)明的各種實施例的描述已經(jīng)用于說明的目的而被呈現(xiàn)，但是非旨在窮舉或局限于所公開的實施例。在不脫離該描述的實施例的范圍內(nèi)，多種修改和變化對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見。本文使用的術(shù)語經(jīng)選擇以最佳解釋實施例的原理、實際應(yīng)用或相對于市場中找到的技術(shù)的技術(shù)改進，或者使本領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員能夠理解本文公開的實施例。

在下文中，將參考在本公開中呈現(xiàn)的實施例。然而，本公開的范圍不限于具體描述的實施例。反而，下文的特征和元件的任何組合，無論是否涉及不同的實施例，都被預(yù)期以可實施和實踐預(yù)期的實施例。此外，盡管本文公開的實施例可以實現(xiàn)優(yōu)于其他可能方案或優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點，但是具體的優(yōu)點是否可通過給出的實施例實現(xiàn)不限制本公開的范圍。因此，以下方面、特征、實施例和優(yōu)點僅僅是說明性的，但并不認(rèn)為所附權(quán)利要求的元件或限制，除非在一個或多個權(quán)利要求中明確敘述。同樣地，對“本發(fā)明”的引用不應(yīng)該被理解為本文所公開的任何發(fā)明主題的概括，且不應(yīng)該被認(rèn)為是所附權(quán)利要求的元件或限制，除非在權(quán)利要求中明確敘述。

本發(fā)明的各方面可以采取全部硬件實施例、全部軟件實施例(包括固件、常駐軟件、微代碼等)的形式，或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式，其所述軟件和硬件方面可以全部統(tǒng)稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。

進一步地，本公開包括根據(jù)下文的條款所述的實施例，所述條款為：

條款1.一種用于飛行器(300)的主動流動控制系統(tǒng)(301)，其包括：

機身(302)，其具有被配置用于從亞音速到超高音速范圍的飛行速度的入口(310)；以及

多個流體振蕩器(200)，其安裝在所述機身(302)的彎曲部分周圍，每個流體振蕩器(200)包括：

主體(202)，其具有流入部分(206)和在所述流入部分(206)對面形成的窄噴管入口(208)；以及

整體噴管(204)，其通過所述窄噴管入口(208)耦接到所述主體(202)，所述窄噴管入口(208)從所述流入部分(206)到所述窄噴管入口(208)形成單一的流體流動路徑(218)。

條款2.根據(jù)條款1的主動流動控制系統(tǒng)(301)，其中所述整體噴管(204)包括相對于所述窄噴管入口(208)成角度的彎曲側(cè)壁(210)。

條款3.根據(jù)條款2的主動流動控制系統(tǒng)(301)，其中所述彎曲側(cè)壁(210)在所述噴管的喉部中產(chǎn)生流體的噴射。

條款4.根據(jù)條款1的主動流動控制系統(tǒng)(301)，其中所述單一的流體流動路徑(218)的形成將所述流體振蕩器(200)的尺寸減小了至少2倍。

條款5.根據(jù)條款1的主動流動控制系統(tǒng)(301)，其中所述單一的流體流動路徑(218)的形成將所述流體振蕩器(200)的重量減小了至少2倍。

條款6.根據(jù)條款1的主動流動控制系統(tǒng)(301)，其中在所述流體振蕩器(200)的所述噴管和所述主體(202)之間形成的角度小于90度。

條款7.根據(jù)條款1的主動流動控制系統(tǒng)(301)，其中所述多個流體振蕩器(200)被安裝在所述機身(302)的彎曲部分周圍。

條款8.一種用于管理流動控制的裝置，其包括：

主體(202)，其具有流入部分(206)和在流入部分(206)對面形成的窄噴管入口(208)；以及

整體噴管(204)，其通過所述窄噴管入口(208)耦接到所述主體(202)，所述窄噴管入口(208)從所述流入部分(206)到所述窄噴管入口(208)形成單一的流體流動路徑(218)。

條款9.根據(jù)條款8的裝置，其中所述整體噴管(204)包括相對于所述窄噴管入口(208)成角度的彎曲側(cè)壁(210)。

條款10.根據(jù)條款9的裝置，其中所述彎曲側(cè)壁(210)在所述噴管的喉部中產(chǎn)生流體的噴射。

條款11.根據(jù)條款8的裝置，其中所述單一的流體流動路徑(218)的形成將所述流體振蕩器(200)的尺寸減小了至少2倍。

條款12.根據(jù)條款8的裝置，其中所述單一的流體流動路徑(218)的形成將所述流體振蕩器(200)的重量減小了至少2倍。

條款13.根據(jù)條款8的裝置，其中所述窄噴管入口(208)具有第一直徑(214)，且所述整體噴管(204)具有在所述窄噴管入口(208)的對面形成的出口，其具有小于所述第一直徑(214)的第二直徑(216)。

條款14.根據(jù)條款8的裝置，其中在所述流體振蕩器(200)的所述噴管和所述主體(202)之間形成的角度小于90度。

條款15.一種用于管理流體的流動的方法，其包括：

接收進入在流體振蕩器(200)的主體(202)中形成的流入部分(206)內(nèi)的流體流動；

沿著單一的流體流動路徑(218)，將所述流體流動從所述流體振蕩器(200)的所述流入部分(206)傳輸?shù)皆谒鲋黧w(202)中形成的在所述流入部分(206)對面的窄噴管入口(208)；

在噴管的喉部內(nèi)從所述流體流動產(chǎn)生流體的噴射，所述噴管與所述主體(202)在所述窄噴管入口(208)成為一體；以及

使所述流體的噴射沿著隨時間周期性變化的方向中離開所述噴管。

條款16.根據(jù)條款15的方法，其中所述整體噴管(204)包括相對于所述窄噴管入口(208)成角度的彎曲側(cè)壁(210)，所述彎曲側(cè)壁(210)經(jīng)配置以在所述流體離開所述噴管時改變所述流體的所述方向。

條款17.根據(jù)條款15的方法，其中所述單一的流體流動路徑(218)將每個流體振蕩器(200)的尺寸減小了至少2倍。

條款18.根據(jù)條款15的方法，其中使所述流體的噴射沿著以低頻率隨時間周期性變化的方向離開所述噴管，使得離開所述噴管的出口的所述流體橫掃所述整體噴管(204)的所述出口。

條款19.根據(jù)條款15的方法，其中使所述流體的噴射沿著以高頻率隨時間周期性變化的方向離開所述噴管，使得離開所述整體噴管(204)的出口的所述流體將噴射能量與周圍流體流場混合。

條款20.根據(jù)條款15的方法，其中所述單一的流體流動路徑(218)將每個流體振蕩器(200)的重量減小了至少2倍。

雖然上文針對本公開的實施例，但是本公開的其他和進一步的實施例可以在沒有脫離其基本范疇的情況下設(shè)計，且其范圍由所附權(quán)利要求確定。