组合高压射流式环量控制系统及方法

本发明属于空气动力学领域，具体是涉及到组合高压射流式环量控制系统及方法。

背景技术：

1、后缘环量控制作为一种典型的主动流动控制技术，在机翼后缘射出一股切向流动，在柯恩达(coanda)效应作用下，射流附着于后缘柯恩达曲面，并夹带周围流动绕柯恩达曲面偏转。流线偏转使翼型产生气动型弯曲，改变翼型的环量，进而增大或者减小翼型升力。左右机翼后缘差动射流可实现对飞行器的滚转姿态控制，具备取代传统副翼的潜力。与传统舵面相比，除显著提升飞翼布局隐身特性外，环量控制设备还具有体积小、重量轻、可靠性高和气动噪声小等优点，因而受到广泛关注。

2、但环量控制技术的核心难点在于飞行速度增大后，环量控制能力显著下降。现有主要改进方式包括：(1)喷口下方增加后向台阶增强射流对柯恩达曲面的附着能力；(2)射流出口设计为收敛发散型喷口提高射流速度；(3)基于合成射流的格尼襟翼与环量控制技术的组合实现控制效果增益。如何改进环量控制机翼后缘构型，提升环量控制效率，改善环量控制效果是环量控制技术演进的主要方向。

3、有鉴于此，目前亟需一种能够解决飞行器飞行速度增大后环量控制能力显著下降的问题的环量控制系统。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种显著提高环量控制效果的组合高压射流式环量控制系统及方法。

2、本发明提供一种组合高压射流式环量控制系统，包括环量控制装置以及射流装置；

3、所述射流装置包括设置在机翼后缘端面的上下两侧的射流出口；

4、所述环量控制装置包括柯恩达曲面件和驱动机构；

5、所述柯恩达曲面件设置在机翼的后缘端面，所述柯恩达曲面件在背离所述机翼前缘一端设置有向机翼后缘方向外凸的外柯恩达面，在靠近所述机翼前缘一端的上下两侧均设置有向机翼后缘方向凹陷的凹腔；

6、所述驱动机构驱动所述柯恩达曲面件沿机翼的上下方向移动，使凹腔打开、封堵或连通相对应的所述射流出口，在一个凹腔连通相对应的射流出口时，另一个凹腔打开相对应的射流出口；在一个凹腔封堵相对应的射流出口时，另一个凹腔也封堵相对应的射流出口。

7、更进一步地，在所述凹腔封堵对应的所述射流出口时，所述柯恩达曲面件的两端与所述机翼的上下两端相切。

8、更进一步地，所述机翼后缘包括两个机翼表面和设置在两个机翼表面中间的中间件，所述中间件与两个机翼表面均具有间隔，该间隔形成所述射流出口。

9、更进一步地，所述凹腔为圆弧凹腔；

10、在所述凹腔打开对应的所述射流出口时，所述凹腔的外侧端面与对应所述机翼表面具有间隔；

11、在所述凹腔封堵对应的所述射流出口时，所述凹腔的外侧端面与对应所述机翼表面的端面贴合；

12、在所述凹腔连通对应的所述射流出口时，所述凹腔的外侧端面突出于对应所述机翼表面，所述凹腔的内侧端面与对应所述机翼表面具有间隔。

13、更进一步地，所述中间件的上下两端设置有导向弧；

14、在所述凹腔连通对应的所述射流出口时，所述凹腔的内侧端面与所述导向弧相切。

15、更进一步地，所述外柯恩达面与所述凹腔的外侧端面相切；

16、在所述凹腔打开对应的所述射流出口时，所述外柯恩达面与所述导向弧相切。

17、更进一步地，所述驱动机构包括设置在机翼上的齿轮以及设置在柯恩达曲面件上的齿条；

18、所述驱动机构还包括设置在机翼上驱动所述齿轮转动的旋转驱动装置。

19、更进一步地，所述射流装置还包括高压气室，所述高压气室通过发动机引气或者采用风机供气。

20、更进一步地，所述外柯恩达面为半圆形弧面。

21、本发明还提供一种组合高压射流式环量控制方法，使用上述组合高压射流式环量控制系统，包括无环量控制状态、正环量控制状态和负环量控制状态；

22、在所述无环量控制状态时，所述柯恩达曲面件对两个射流出口进行封堵；

23、在所述正环量控制状态时，上方的凹腔连通上方的射流出口，下方的凹腔打开下方的射流出口，此时，上方的射流出口射出的射流沿上方的凹腔的内壁向所述机翼上表面的前缘方向流动；下方的射流出口射出的射流绕外柯恩达面的表面偏转180°后，向所述机翼上表面的前缘方向流动：机翼下表面的绕流受到射流的夹带作用，同样绕外柯恩达面的表面偏转180°后，向所述机翼上表面的前缘方向流动；

24、在所述负环量控制状态时，上方的凹腔打开上方的射流出口，下方的凹腔连通下方的射流出口，此时，下方的射流出口射出的射流沿下方的凹腔的内壁向所述机翼下表面的前缘方向流动；上方的射流出口射出的射流绕外柯恩达面的表面偏转180°后，向所述机翼下表面的前缘方向流动：机翼上表面的绕流绕外柯恩达面的表面偏转180°后，向所述机翼上表面的前缘方向流动。

25、本发明的有益效果有：

26、第一，具有正环量控制构型和负环量控制构型，实现逆向射流和柯恩达射流和对机翼表面绕流进行组合流动控制，效果叠加，相比于传统单一的柯恩达射流或逆向射流控制的效率更高，解决飞行器飞行速度增大后环量控制能力显著下降的问题。

27、第二，能够实现无环量控制构型，使本机翼与常规机翼无异，即不增加升力，也不减小升力。且可以在正环量控制构型、负环量控制构型和无环量控制构型之间进行切换，提高机翼的适应能力，且控制灵活。

28、第三，仅需通过驱动机构控制柯恩达曲面件的位置，即可很方便且快速的切换控制状态。

29、第四，直接通过移动柯恩达曲面件的位置控制两个射流出口的开启和关闭，既实现了不同状态的切换，又替代了传统通过阀门控制射流开关，减少了阀门等控制部件，提高了系统可靠性。

技术特征：

1.组合高压射流式环量控制系统，其特征是，包括环量控制装置(1)以及射流装置(2)；

2.如权利要求1所述的组合高压射流式环量控制系统，其特征是，在所述凹腔(112)封堵对应的所述射流出口(21)时，所述柯恩达曲面件(11)的两端与所述机翼(3)的上下两端相切。

3.如权利要求1所述的组合高压射流式环量控制系统，其特征是，所述机翼(3)后缘包括两个机翼表面(31)和设置在两个机翼表面(31)中间的中间件(32)，所述中间件(32)与两个机翼表面(31)均具有间隔，该间隔形成所述射流出口(21)。

4.如权利要求3所述的组合高压射流式环量控制系统，其特征是，所述凹腔(112)为圆弧凹腔；

5.如权利要求4所述的组合高压射流式环量控制系统，其特征是，所述中间件(32)的上下两端设置有导向弧(321)；

6.如权利要求5所述的组合高压射流式环量控制系统，其特征是，所述外柯恩达面(111)与所述凹腔(112)的外侧端面相切；

7.如权利要求1-6任一项所述的组合高压射流式环量控制系统，其特征是，所述驱动机构(12)包括设置在机翼(3)上的齿轮(121)以及设置在柯恩达曲面件(11)上的齿条(122)；

8.如权利要求1-6任一项所述的组合高压射流式环量控制系统，其特征是，所述射流装置(2)还包括高压气室(22)，所述高压气室(22)通过发动机引气或者采用风机供气。

9.如权利要求1-6任一项所述的组合高压射流式环量控制系统，其特征是，所述外柯恩达面(111)为半圆形弧面。

10.组合高压射流式环量控制方法，其特征是，使用如权利要求1-9任一项所述的组合高压射流式环量控制系统，包括无环量控制状态、正环量控制状态和负环量控制状态；

技术总结
本发明属于空气动力学领域，具体是涉及到组合高压射流式环量控制系统及方法，包括环量控制装置以及射流装置；射流装置包括设置在机翼后缘端面的上下两侧的射流出口和高压气室；环量控制装置包括柯恩达曲面件和驱动机构；柯恩达曲面件在一端设置有外柯恩达面，在另一端的上下两侧均设置有凹腔；驱动机构驱动柯恩达曲面件沿机翼的上下方向移动，使凹腔打开、封堵或连通相对应的射流出口；本发明能够实现具有正环量控制构型、负环量控制构型和无环量控制构型的切换，实现逆向射流和柯恩达射流对机翼绕流的组合流动控制，效果叠加，相比于传统的单一柯恩达射流或逆向射流控制的效率更高。解决飞行器飞行速度增大后环量控制能力显著下降的问题。

技术研发人员：邵帅,郭正,过斌,鲁亚飞,贾高伟,高显忠,侯中喜
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10