一种促进喷流偏转的流动控制部件
阅读说明：本技术 一种促进喷流偏转的流动控制部件 (Flow control component for promoting jet flow deflection ) 是由 张刘 赖庆仁 姜裕标 黄勇 陈洪 张晖 李昌 汪军 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种促进喷流偏转的流动控制部件,所述流动控制部件至少包括喷流流道、连接件和螺旋襟翼；所述螺旋襟翼的外型面为螺旋状弧面结构,所述螺旋襟翼设置于所述喷流流道出口处,并经连接件与所述喷流流道相切设置。本发明公开的流动控制部件,属于喷流偏转的主动流动控制技术。通过改变控制部件在喷口上表面的起始安装位置,可以实现对喷流的连续偏转控制,以适应不同喷管形状和喷流状态的需求。该控制部件结构简单,无需复杂的气源引射系统,可根据实际需求进行保形设计,满足较小安装空间的要求。(The invention discloses a flow control part for promoting jet deflection, which at least comprises a jet flow channel, a connecting piece and a spiral flap; the outer molded surface of the spiral wing flap is of a spiral cambered surface structure, and the spiral wing flap is arranged at the outlet of the jet flow runner and is tangent to the jet flow runner through a connecting piece. The invention discloses a flow control part, belonging to the active flow control technology of jet flow deflection. By changing the initial installation position of the control component on the upper surface of the nozzle, the continuous deflection control of the jet flow can be realized so as to adapt to the requirements of different nozzle shapes and jet flow states. The control part is simple in structure, does not need a complex air source injection system, can be designed in a shape-preserving mode according to actual requirements, and meets the requirement of a small installation space.)
技术领域
本发明属于喷流(射流)偏转流动控制领域，尤其是涉及可变曲率型面的保形流动控制部件，可以实现对喷流偏转的连续调节控制。
背景技术
翼身融合布局的飞行器由于具有高的气动效率和飞行控制能力，是下一代运输类飞机和轰炸机的优选布局方案。但该类飞机有一个显著特点，机翼和机身融合部分的面积占全机的面积较大，传统意义上的机翼面积较小，使得缝翼、襟翼组合机械装置的增升性能降低，无法满足短距起降对高升力性能的需求。此外，飞机的动力系统由于采用翼面内埋布置，尾流喷口至襟翼前缘的距离较小，限制了传统外吹式襟翼等增升技术的应用。采用推力矢量技术，可以改善翼身融合布局类飞机的增升性能，缩短起降滑跑距离，对其配平也是十分有益的。
常规推力矢量技术是通过控制尾喷流的偏转，为飞行器提供必要操纵力矩的流动控制技术。目前，已被实际应用的是机械式推力矢量控制技术，如矢量喷管和导流板等，但其存在结构复杂、可靠性差、重量重、推力损失严重等缺点。流体式推力矢量技术是一个潜在的选择，流体式推力矢量技术的设计方法主要有：激波诱导、喉道偏置、射流引射，其需要有复杂的管路供应和引射系统，在一定程度上增加了飞行器的消极结构重量。
发明内容
本发明的目的旨在针对翼身融合体布局飞行器增升性能和短距起降方面存在的不足，提供一种促进喷流偏转的流动控制部件，与常规推力矢量技术通过喷流偏转提供直接力进行力矩控制不同，本发明利用柯恩达效应促进喷流偏转，喷流速度较高，可能是自由流速度的4倍，在高速喷流裹挟作用下，绕机翼上表面流动流体速度增加，流线弯曲，绕机翼环量增加。该控制部件采用可变曲率型面的设计方法，以适应不同喷管形状和喷流状态的需求。通过改变控制部件在喷口上表面的起始安装位置，可以连续调节襟翼上表面的曲率型面，从而实现对喷流的连续偏转控制。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种促进喷流偏转的流动控制部件，所述流动控制部件至少包括喷流流道、连接件和螺旋襟翼；所述螺旋襟翼的外型面为螺旋状弧面结构，所述螺旋襟翼设置于所述喷流流道出口处，并经连接件与所述喷流流道相切设置。
根据一个优选的实施方式，，所述螺旋襟翼内设有转动机构，用于实现带动所述螺旋襟翼转动。
根据一个优选的实施方式，，所述连接件与所述螺旋襟翼的相临面为内凹状的弧面结构。
根据一个优选的实施方式，，所述螺旋襟翼的内型面对应圆弧线包括：初始半径a、螺旋方位角θ、曲率变化率b、螺旋半径R，并满足数学关系式：R＝a+bθ。
根据一个优选的实施方式，，所述螺旋襟翼的外型面对应圆弧线满足数学关系式：R'＝a+h+bθ，其中，R'为外型面对应圆弧的半径，h为喷流流道高度。
一种螺旋襟翼的型面设置方法，所述螺旋襟翼包括内型面和外型面，所述内型面和外型面为螺旋状弧面结构。
根据一个优选的实施方式，所述内型面的设置方法为：以初始半径a画一个圆O；作一射线OA，作一点P于射线OA上；模拟点A以螺旋方位角θ沿圆O运动，点P以等速度比长度bθ增加，画出点A和点P的运动轨迹，P点的运动轨迹则对应螺旋襟翼的内型面的弧线。
根据一个优选的实施方式，所述内型面的设置方法为：将每个螺旋方位角下OP的长度沿射线OA向外延伸至OP’，使P’P的长度为喷流流道的高度h，画出延伸后点P’的运动轨迹，得到螺旋襟翼的外型面的对应弧线。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：本发明公开的流动控制部件，属于喷流偏转的主动流动控制技术。通过改变控制部件在喷口上表面的起始安装位置，可以实现对喷流的连续偏转控制，以适应不同喷管形状和喷流状态的需求。该控制部件结构简单，无需复杂的气源引射系统，可根据实际需求进行保形设计，满足较小安装空间的要求。
附图说明
图1是本发明流动控制部件的结构示意图；
图2是本发明螺旋襟翼安装示意图；
图3是本发明螺旋襟翼设计方法示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
实施例1：
参考图1和图2所示，本发明公开了一种促进喷流偏转的流动控制部件，所述流动控制部件至少包括喷流流道、连接件和螺旋襟翼。本流动控制部件设置于机翼尾部，用于实现对喷流的偏转控制。
优选地，所述螺旋襟翼的外型面为螺旋状弧面结构。所述螺旋襟翼设置于所述喷流流道出口处，并经连接件与所述喷流流道相切设置。
优选地，所述连接件与螺旋襟翼可以设置为相接不相连。通过连接件的结构设置，可以实现喷流流道喷出的喷流气流可以切向的作用于螺旋襟翼的外型面之上。
优选地，所述连接件与所述螺旋襟翼的相临面为内凹状的弧面结构。通过对所述连接件的结构设置，有助于提高连接件与螺旋襟翼间的贴合紧密度，从而有助于喷流气流更好的作用于螺旋襟翼之上。
优选地，所述螺旋襟翼内设有转动机构，用于实现带动所述螺旋襟翼转动。例如，所述螺旋襟翼内可以设置转动轴杆装置，通过转动轴杆实现带动所述螺旋襟翼进行转动。以实现喷流流道口处，喷流气流与螺旋襟翼的作用面的曲率调节。
优选地，所述螺旋襟翼的型面包括外型面和内型面。其中，外型面为螺旋襟翼与喷流气流的作用面。
优选地，所述型面对应圆弧线包括：初始半径a、螺旋方位角θ、曲率变化率b、螺旋半径R，并满足数学关系式：R＝a+bθ。
进一步地，所述螺旋襟翼的外型面对应圆弧线满足数学关系式：R'＝a+h+bθ，其中，R'为外型面对应圆弧的半径，h为喷流流道高度。
通过改变螺旋襟翼在喷流流道的喷口处外型面的起始安装位置，可以连续调节襟翼上表面的曲率型面，从而实现对喷流偏转的连续可控，以满足不同飞行状态对喷流偏转性能的要求。
并且，喷流偏转流动控制部件采用可变曲率型面的设计结构，无需复杂的气源供应系统，可根据实际需求进行保形设计。在提供喷流偏转矢量推力的同时，还可降低对尖尾缘安装空间的要求。
实施例2：
本发明还公开了一种螺旋襟翼的型面设置方法。所述螺旋襟翼包括内型面和外型面，所述内型面和外型面为螺旋状弧面结构。
参考图3所示。所述内型面的设置方法为：以初始半径a画一个圆O；作一射线OA，作一点P于射线OA上；模拟点A以螺旋方位角θ沿圆O运动，点P以等速度比长度bθ增加，画出点A和点P的运动轨迹，P点的运动轨迹则对应螺旋襟翼的内型面的弧线。
优选地，所述外型面的设置方法为：将每个螺旋方位角下OP的长度沿射线OA向外延伸至OP’，使P’P的长度为喷流流道的高度h，画出延伸后点P’的运动轨迹，得到螺旋襟翼的外型面的对应弧线。
优选地，当曲率变化率b和内外弧面间距h不变，改变螺旋襟翼的初始半径a或螺旋方位角θ，可以设计出不同的螺旋曲率外型面，以适应不同的喷流状态对柯恩达曲率型面的设计需求。
本发明公开的流动控制部件，属于喷流偏转的主动流动控制技术。通过改变控制部件在喷口上表面的起始安装位置，可以实现对喷流的连续偏转控制，以适应不同喷管形状和喷流状态的需求。该控制部件结构简单，无需复杂的气源引射系统，可根据实际需求进行保形设计，满足较小安装空间的要求。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。