一种诱导分离涡环的圆盘结构

1.本发明属于燃烧控制技术领域，涉及一种诱导分离涡环的圆盘结构。


背景技术：

2.蒲公英种子凭借风力，利用其降落伞状的刺毛束，能够在空中长时间漂浮，漂浮的距离长达1km，这是一种自然界中从未见过的飞行形式。研究发现，当空气流过刺毛时会形成一个环形气泡，可以增加阻力减缓蒲公英种子落向地面的速度，并将新发现的气泡形式命名为分离涡环(separated vortex ring)，蒲公英种子的这种飞行机制可有效维持种子的稳定飞行，其效率是传统降落伞设计的四倍。
3.微型飞行器具有携带方便，操作简单，隐蔽性好，机动灵活等特点，在现代军事和民用方面有着广泛的应用前景。微型飞行器特点就在于“小”，而尺寸限定了最大有效载荷，如果尺寸确定，要增加有效载荷必然会消耗更大的能源，而在能源重量不变情况下，那只能减少“续航时间”。但在一定微小尺寸范围内，并不是尺寸越大，承载重量越大。这是因为尺寸增大，阻力增大，所耗能源增大，因此单纯增大尺寸，在续航时间不变时，并不一定能增加有效载荷重量。因此，在微型飞行器尺寸一定情况下，“有效载荷”和“续航时间”的指标如何协调是一个难题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种诱导分离涡环的圆盘结构。
5.本发明所采用的技术方案是：
6.一种诱导分离涡环的圆盘结构，包括中心圆盘和多个细丝，所述多个细丝沿中心圆盘的径向发散连接于中心圆盘的外边缘。
7.进一步地，所述中心圆盘为实体圆盘。
8.进一步地，所述中心圆盘直径为0.74mm，厚度为32.4μm。
9.进一步地，所述细丝的数量为42个，每根细丝的直径均为16.2μm，长7.03mm。
10.一种诱导分离涡环的圆盘结构，所述圆盘结构为可渗透多孔介质圆盘，所述可渗透多孔介质圆盘为带有孔隙的实体圆盘。
11.进一步地，所述可渗透多孔介质圆盘的孔隙率沿半径方向逐渐变大。
12.进一步地，所述孔隙率沿半径方向由0逐渐增大至0.92，所述可渗透多孔介质圆盘的半径d＝14.8mm，厚度为e＝32.4μm。
13.进一步地，所述可渗透多孔介质圆盘以中心为圆心、直径在740μm范围内的部分孔隙率为0。
14.进一步地，中心圆盘、细丝和可渗透多孔介质圆盘的材料均为硅。
15.本发明的有益效果是：
16.(1)本发明创新性地提出了一种诱导分离涡环的圆盘结构，能够形成蒲公英种子被动飞行过程中典型的分离涡环结构，在圆盘尺寸与质量条件相同下，可以显著提高圆盘
绕流的尾迹长度和升力；
17.(2)使用本发明诱导分离涡环的圆盘结构的微型飞行器能够使得涡流区域面积增大，提高燃烧室的掺混与燃烧效率，从而提升飞行器整体性能。
18.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
19.图1是本发明实施例一的诱导分离涡环的圆盘结构的结构示意图。
20.图2是本发明实施例二的诱导分离涡环的圆盘结构的结构示意图。
21.图3是本发明实施例二的诱导分离涡环的圆盘结构的孔隙率变化示意图。
22.图4是不同雷诺数下的实施例二的诱导分离涡环的圆盘结构与普通实体圆盘尾迹分布对比图。
23.图5是不同雷诺数下的实施例二的诱导分离涡环的圆盘结构中心线速度分布图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
25.实施例一
26.结合图1，一种诱导分离涡环的圆盘结构，包括中心圆盘2和多个细丝1，所述多个细丝1沿中心圆盘2的径向发散连接于中心圆盘2的外边缘。
27.优选地，所述中心圆盘2为实体圆盘。
28.优选地，所述中心圆盘2直径为0.74mm，厚度为32.4μm。
29.优选地，所述细丝1的数量为42个，每根细丝1的直径均为16.2μm，长7.03mm。
30.实施例二
31.结合图2，一种诱导分离涡环的圆盘结构，所述圆盘结构为可渗透多孔介质圆盘3，所述可渗透多孔介质圆盘3为实施例一中的诱导分离涡环的圆盘结构的简化结构，所述可渗透多孔介质圆盘3为带有孔隙的实体圆盘。
32.优选地，所述可渗透多孔介质圆盘3的孔隙率沿半径方向逐渐变大。
33.优选地，所述孔隙率沿半径方向由0逐渐增大至0.92，所述可渗透多孔介质圆盘3的半径d＝14.8mm，厚度为e＝32.4μm。
34.优选地，结合图3，所述可渗透多孔介质圆盘3以中心为圆心、直径2r
p
＝740μm范围内的部分孔隙率为0。
35.优选地，中心圆盘2、细丝1和可渗透多孔介质圆盘3均采用硅微加工成型，材料为硅。采用硅材料主要是易于进行微加工，同时可以保证强度，亦可满足圆盘重量、孔隙率的要求。
36.结合图4，实施例二的诱导分离涡环的圆盘结构，在不同雷诺数下与实体圆盘相比，尾迹分布出现了明显的分离涡环，并且随着雷诺数的增加而变得越来越窄；普通实体圆盘结构的尾迹则明显更短一些。
37.结合图5，实施例二的诱导分离涡环的圆盘结构，在不同雷诺数下的中心线速度分布，其中u0为来流速度，u为当地速度，x为来流方向。由图可见，速度沿着x方向逐渐减小，越
过圆盘后在距离圆盘一定距离处达到最小值，随后速度缓慢增大。圆盘中心线速度u/u0≤0的区域可以反映圆盘尾迹涡环大小，速度u/u0＝0的位置xs表示涡环距离圆盘上表面的距离，即涡环的起始位置。由图5可以明显看出xs＞0，即u/u0＝0的位置位于圆盘下游，表明圆盘尾迹出现了分离涡环。
38.本发明诱导分离涡环的圆盘结构可为流动非稳定性控制、微型飞行器设计提供参考，也可为燃烧室内燃料混合增强设计中的应用提供参考。本发明的圆盘结构可设置在冲压发动机进气道出口与补燃室之间，与传统空气与燃料掺混结构相比，本发明提出的圆盘可形成分离涡环，尾迹长度显著增加，涡流区域面积增大，提高了补燃室的掺混与燃烧效率，提升冲压发动机整体性能。
39.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种诱导分离涡环的圆盘结构，其特征在于，包括中心圆盘(2)和多个细丝(1)，所述多个细丝(1)沿中心圆盘(2)的径向发散连接于中心圆盘(2)的外边缘。2.根据权利要求1所述的诱导分离涡环的圆盘结构，其特征在于，所述中心圆盘(2)为实体圆盘。3.根据权利要求2所述的诱导分离涡环的圆盘结构，其特征在于，所述中心圆盘(2)直径为0.74mm，厚度为32.4μm。4.根据权利要求3所述的诱导分离涡环的圆盘结构，其特征在于，所述细丝(1)的数量为42个，每根细丝(1)的直径均为16.2μm，长7.03mm。5.一种诱导分离涡环的圆盘结构，其特征在于，所述圆盘结构为可渗透多孔介质圆盘(3)，所述可渗透多孔介质圆盘(3)为带有孔隙的实体圆盘。6.根据权利要求5所述的诱导分离涡环的圆盘结构，其特征在于，所述可渗透多孔介质圆盘(3)的孔隙率沿半径方向逐渐变大。7.根据权利要求6所述的诱导分离涡环的圆盘结构，其特征在于，所述孔隙率沿半径方向由0逐渐增大至0.92，所述可渗透多孔介质圆盘(3)的半径d＝14.8mm，厚度为e＝32.4μm。8.根据权利要求7所述的诱导分离涡环的圆盘结构，其特征在于，所述可渗透多孔介质圆盘(3)以中心为圆心、直径在740μm范围内的部分孔隙率为0。9.根据权利要求1-8任一项所述的诱导分离涡环的圆盘结构，其特征在于，中心圆盘(2)、细丝(1)和可渗透多孔介质圆盘(3)的材料均为硅。

技术总结
本发明公开了一种诱导分离涡环的圆盘结构，所述圆盘结构为可渗透多孔介质圆盘(3)，所述可渗透多孔介质圆盘(3)为带有孔隙的实体圆盘，所述可渗透多孔介质圆盘(3)的孔隙率沿半径方向逐渐变大，所述孔隙率沿半径方向由0逐渐增大至0.92，所述可渗透多孔介质圆盘(3)的半径D＝14.8mm，厚度为e＝32.4μm，所述可渗透多孔介质圆盘(3)以中心为圆心、直径在740μm范围内的部分孔隙率为0。本发明创新性地提出了一种诱导分离涡环的圆盘结构，能够形成蒲公英种子被动飞行过程中典型的分离涡环结构，在圆盘尺寸与质量条件相同下，可以显著提高圆盘绕流的尾迹长度和升力。绕流的尾迹长度和升力。绕流的尾迹长度和升力。


技术研发人员：杨翔岚 李映坤 梁焯恒 符雨真
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2021.05.11
技术公布日：2022/11/10