本发明涉及流体力学领域，特别是涉及一种采用热双金属微锯齿结构的空气流动控制系统。
背景技术
早在上世纪60年代，美国宇航局发现壁面的顺流向微沟槽能够明显降低壁面的摩擦阻力，这彻底改变了壁面越光滑摩擦阻力越小的传统观念，因此基于微沟槽结构的减阻技术应运而生。随着与湍流相关的理论的发展，人们意识到沟槽减阻的核心是在于壁面的微结构该变了边界层内的流动拟序结构，于是多种基于微结构被动流动控制技术得到了广泛的发展，如机翼上的涡流发生器能够有效的延缓流动的分离。由于壁面微结构尺度很小，通常只能实现流动的被动控制，即微结构的控制尺度是固定不变的，如微沟槽、微涡流发生器。但事实上，被动流动控制通常只适用于设计工况，而在非设计条件下的被动流动控制装置有可能带来一些负面的效应。如机翼上的涡流发生器一方面能够避免机翼上的流动分离，但是也会导致阻力的增加。因此希望当机翼上存在的流动分离时涡流发生器才起作用，而没有流动分离的工况下就不需要涡流发生器，即希望涡流发生器是一种主动控制装置的形式存在，而不是原本的被动控制装置。另一方面，从流动理论上分析，由于边界层内的流动(尤其是湍流边界层)尺度是多尺度耦合的非定常流动现象，与飞行条件密切相关，并非一成不变的，因此其微结构尺度也需要进行适当的控制以适应不同的流动条件。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种采用热双金属微锯齿结构的空气流动控制系统，能够改变边界层的流动，实现流动的主动控制。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种采用热双金属微锯齿结构的空气流动控制系统，所述系统包括：基座、热双金属微锯齿条、电热板和控制器，所述电热板内嵌在所述基座上，所述热双金属微锯齿条紧贴所述电热板的上方，所述控制器与所述电热板连接，所述控制器用于控制所述电热板的温度、热流和加热时间，空气在所述热双金属微锯齿条的上方流动。
可选的，所述控制器为计算机。
可选的，所述基座采用硬铝材料。
可选的，所述热双金属微锯齿条等齿间距设置。
可选的，所述热双金属微锯齿条下表面的金属的热膨胀系数大于所述热双金属微锯齿条上表面的热膨胀系数。
可选的，所述电热板用于对所述热双金属微锯齿条的高度进行调节，当所述电热板加热时，所述热双金属微锯齿条的齿尖向上翘起，且翘起的高度能够高出所述基座所在水平面的高度。
可选的，所述电热板不加热时，所述热双金属微锯齿条的齿尖所在的水平面不高于所述基座所在水平面的高度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种采用热双金属微锯齿结构的空气流动控制系统，通过控制器对电热板进行加热，并控制电热板的热流和温度分布，热双金属锯齿条在加热条件下受热变形，其中的齿尖将上翘突出于基座，形成控制面上的微结构。该微结构将会改变边界层内的流动结构，实现对边界层内的转捩、摩擦阻力、压力脉动等流动参数的影响，最终达到流动控制的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例采用热双金属微锯齿结构的空气流动控制系统结构图；
图2为本发明实施例电热板在控制电路的作用下沿展向z的温度分布示意图；
图3为本发明实施例热双金属锯齿条示意图及其参数；
图4为本发明实施例微锯齿结构流动控制原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例采用热双金属微锯齿结构的空气流动控制系统结构图，如图1所示，一种采用热双金属微锯齿结构的空气流动控制系统，所述系统包括：基座1、热双金属微锯齿条2、电热板3和控制器4，所述电热板3内嵌在所述基座1上，所述热双金属微锯齿条2紧贴所述电热板3的上方，所述控制器4与所述电热板3连接，所述控制器4用于控制所述电热板3的温度、热流和加热时间，空气在所述热双金属微锯齿条的上方流动。所述控制器4为计算机。所述基座1采用硬铝材料。
所述热双金属微锯齿条2等齿间距设置。所述热双金属微锯齿条2下表面的金属的热膨胀系数大于所述热双金属微锯齿条上表面的热膨胀系数。
所述电热板3用于对所述热双金属微锯齿条2的高度进行调节，当所述电热板3加热时，所述热双金属微锯齿条2的齿尖向上翘起，且翘起的高度能够高出所述基座1所在水平面的高度。所述电热板3不加热时，所述热双金属微锯齿条2的齿尖所在的水平面不高于所述基座1所在水平面的高度。
当控制器4与所述电热板3通电之后，可控的电热板将形成局部的高温区，使得当地的双金属锯齿受热变形，齿尖突出表面形成突出表面的微结构，而该微结构将改变边界层内的流动，从而实现流动的主动控制。
这里的基座1采用导热较小易加工的材料，如硬铝材料。电热板3采用计算机控制其各处的发热功率，并实现空间间隔为w、温差为t的温度周期性分布，图2为本发明实施例电热板在控制电路的作用下沿展向z的温度分布示意图，如图2所示。热双金属微锯齿条2采用热双金属片加工而成，具体可以根据热双金属的国家标准gb4461，在适用的温度范围(240-400k)中选取电阻高敏感型材料。图3为本发明实施例热双金属锯齿条示意图及其参数,如图3所示，锯齿条外形其齿间距为l，齿长为s，受热变形后突出的高度为h，其中h可由电热板的发热功率控制。本发明中最重要的控制参数有两个：一个是温度分布间隙w，锯齿的突出高度h，这两个参数都是通过控制壁面的温度分布来调节。
本发明主要应用飞机机翼上的流动控制，主要有两个目的，一个是以抑制流动分离现象为主的升力控制技术，另一种是以推迟流动转捩现象为主的阻力控制技术。本发明通过控制齿尖突出壁面的高度h来影响边界层内的流动。当突出高度与边界层厚度相当时，锯齿结构将起到涡流发生器的作用，起到抑制流动分离的作用。当突出高度与壁面的粘性尺度相当时，锯齿结构将影响边界层中的湍流维持机制，起到抑制湍流脉动，降低摩擦阻力的作用。
工作原理：
电热板的温度分布控制。通过计算机的控制电热板各处的发热功率，实现给定的温度分布，该温度分布为展向上的周期函数，其周期为w，是齿间距l的整数倍，其控制温度tc由电热板发热功率确定，tw为环境温度，该温度差δt将传递给紧贴于电热板上的双金属微锯齿条。
热双金属微锯齿受热下的可控变形。在电路控制下，位于高温度的微锯齿将在电热板的作用下发生可控的形变，其齿尖将上翘突出于控制面，形成控制面上的微结构，而在常温区的锯齿将保持不变。由于双金属材料的形变与温度大体上呈现线性关系，因此通过对电热板温度tc的控制就可以很好调节齿尖突出高度h，具体可以由维拉索公式估计。
壁面内的微结构对流动的控制。突出控制面上的锯齿将形成微尺度的楔形结构，当上游来流流过该楔形时，将在下游产生一对反向的流向涡结构，这对涡会将边界层外侧的高速流体卷吸到内层，使得边界层内层具有大的动量，速度剖面更加饱满，延缓下游的流动分离，最终达到流动控制的目的,图4为本发明实施例微锯齿结构流动控制原理示意图。如图4所示，1表示基座，3表示电热板，5表示上游来流，6表示加热热流，7表示未变形的微锯齿，8表示受热变形的微锯齿，9表示变形的微锯齿在下游产生的流向涡对，10表示控制前后的边界层内速度剖面的对比(虚线：控制前；实线：控制后)。此外，大量的研究表明，壁面的微结构不仅能够控制流动分离，其突出高度对边界层内的湍流脉动还有着明显的影响。当微结构高度与边界层厚度相当时，将会促使湍流的发生，增强湍流的脉动；当微结构高度与边界层粘性底层厚度相当时，又会减弱湍流脉动。因此，本发明通过控制发热功率改变微锯齿的突出高度，可以实现对湍流边界层的不同影响效果,充分达到流动主动控制的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。