一種帶輔助進(jìn)氣槽的活塞式合成射流激勵(lì)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(lì)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(lì)器的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于大尺度及高速流動(dòng)的主動(dòng)流動(dòng)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]流動(dòng)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(lì)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(dòng)分離和氣動(dòng)力控制，射流矢量控制，噴流強(qiáng)化混合及換熱等諸多流動(dòng)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(lì)器是壓電膜式合成射流激勵(lì)器，通過腔體內(nèi)壓電膜的小振幅高頻振動(dòng)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(dòng)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(dòng)的控制。為了達(dá)到高的輸出動(dòng)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(lì)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(lì)器通過電機(jī)帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)對(duì)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(dòng)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(lì)器的主要問題在于實(shí)現(xiàn)高速射流時(shí)，會(huì)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(gè)周期的時(shí)間會(huì)變長，這樣會(huì)限制激勵(lì)器的最大壓比而影響激勵(lì)器性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)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(lì)器，解決了活塞式合成射流激勵(lì)器在小出口孔徑和高工作頻率時(shí)吸氣困難而影響激勵(lì)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(lì)器通過在開設(shè)輔助進(jìn)氣槽，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)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(lì)器通過改善激勵(lì)器吸氣特性峰值吹氣壓比，峰值吹氣動(dòng)量和峰值出口速度大幅提高，使得激勵(lì)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(lì)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(lì)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(lì)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(lì)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(lì)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(lì)器的數(shù)值計(jì)算壓比對(duì)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(lì)器的數(shù)值計(jì)算出口速度對(duì)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(lì)器的數(shù)值計(jì)算出口動(dòng)量對(duì)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(lì)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(dòng)下死點(diǎn)附近對(duì)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(duì)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(gè)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(lì)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(dòng)活塞102上下運(yùn)動(dòng)，活塞102從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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)。活塞式合成射流激勵(lì)器主要性能參數(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(dòng)量MV以及出口平均速度Velocity來描述。通過對(duì)激勵(lì)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(duì)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(lì)器增加了吸氣的流通面積，使得吸氣更容易，改善激勵(lì)器吸氣特性，激勵(lì)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(gè)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(gè)周期比例從66.4%降為36.1%，吹氣階段所占整個(gè)周期比例從33.6%升為63.9%。如圖8所示，激勵(lì)器峰值出口平均速度提高4%左右，峰值吹氣動(dòng)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(lì)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(dòng)下死點(diǎn)附近對(duì)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(duì)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(lì)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(lì)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(lì)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(dòng)下死點(diǎn)附近對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(gè)周期比例明顯下降，同時(shí)改善激勵(lì)器吸氣特性峰值吹氣壓比，峰值吹氣動(dòng)量和峰值出口速度大幅提高，使得激勵(lì)性能顯著提升。
【IPC分類】F04B35-04, F04B39-12
【公開號(hào)】CN104791218
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510133856
【發(fā)明人】額日其太, 王猛杰, 洪亮, 張亮
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日