[发明专利]超声速钝后缘混合层的主动控制装置

说明书

本发明提供一种超声速钝后缘混合层的主动控制装置，通过在隔板的尾缘内设置具有主动控制射流的结构，将主动控制和被动控制相结合，既避免了主动控制中振片容易熔化的问题，又实现了多种控制模式自由选择。实现了主动、被动控制相结合，取长补短的效果。

技术领域

本发明涉及超声速技术领域，具体的涉及一种超声速钝后缘混合层的主动控制装置。

背景技术

引射是指在火箭发射过程中将火箭燃气与来流空气进行超声速混合，该过程作为火箭基组合发动机(Rocket Based Combined Cycle，RBCC)的关键过程，对于RBCC而言，自由来流经过一系列进气道，在喷管尾缘与喷管燃气接触，当两者的混合达到分子层面时即可发生化学反应，实现利用空气中氧气达到提高发动机比冲的目的。然而由于来流速度过高，空气仅能在燃烧室内的驻留时间<1-3ms，引射效率的高低取决于燃气是否能与空气快速高效的混合，同时决定了整个推进系统的性能。

火箭燃气的温度极高(>3500K，喷管喉部热流密度达到107～108W/m2)，喷管出口的温度也超过2500K。为了保护引射火箭的几何结构，现有的冷却方式会导致后缘厚度的增加，形成超声速钝后缘混合层，其流场结构如图1所示。由自由来流发展的上下边界层在隔板后缘的几何拐角处分离，经过剧烈的膨胀过程形成自由剪切层。这两股从钝后缘拐角发展出来的自由剪切层在下游交汇形成再附点，由于彼此的阻碍作用发生再压缩过程，在超声速流动中形成一系列弱压缩波，汇聚为再附激波。剪切层交汇后分成两个部分，一小部分向上游运动，由于固壁和另一个剪切层的存在形成回流区；大部分向下游运动，形成再发展混合层。由于在钝后缘产生回流区，使得超声速钝后缘混合层具有全局不稳定性，

目前对超声速混合层厚度的控制方式包括主动控制和被动控制。被动控制以在尾缘(即隔板远离来流方向的一端)上增设突片、锯齿、波瓣等结构，从而产生流向涡或不稳定脉动，达到对超声速混合层厚度的控制。被动控制方式结构简单、控制效果明显，但尾缘结构固定无法实现根据来流情况进行调整的变控制效果。

主动控制则是通过向被控流场中主动注入气体，通过注入的气体改变流场的能量和动量，进而改变流场的特征结构，达到控制掺混的作用。最早的主动控制为在超声速来流的上游添加厚度仅为1mm左右的振片，利用机械振动的方式产生振动从而控制产生一系列的拍打涡对，加快混合层的转捩过程。通过在上游安装正弦振型的振片后，混合层中出现周期性的涡结构。同时现有技术中还存在将上游激励改为双频扰动的控制方式，进一步增强混合层的增长效率，从而缩小钝后缘的厚度。在实际工程实践中组合发动机燃烧室内的高温燃气容易将振片熔化，导致控制失效。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的在于提供了一种超声速钝后缘混合层的主动控制装置。

本发明提供一种超声速钝后缘混合层的主动控制装置，包括彼此隔绝的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体容纳设置于远离超声速来流隔板的一端内，隔板的尾缘上间隔设置第一开口和第二开口，第一腔体通过第一开口与超声速来流相连通；第二腔体通过第二开口与超声速来流相连通；第一腔体与第二腔体通过振动膜片隔离。

进一步地，第一开口的中心线平行于超声速来流方向设置于隔板的端面上；第二开口的中心线平行于超声速来流方向设置于隔板的端面上。

进一步地，第一开口的中心线垂直于超声速来流方向设置于隔板的端面上；第二开口的中心线垂直于超声速来流方向设置于隔板的端面上。

进一步地，隔板包括隔板第一部和隔板第二部，第一腔体和第二腔体容纳设置于隔板第一部内，隔板第二部的一端与隔板第一部的一端相连接。

进一步地，隔板第一部和隔板第二部通过贯穿隔板第二部的固定螺钉固定连接。

进一步地，振动膜片为由电信号控制的压电陶瓷金属片。