[发明专利]一种抑制开口射流风洞低频压力脉动的喷口角涡发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷口角涡发生器，具体是一种抑制开口射流风洞低频压力脉动的喷口角涡发生器，属于风洞实验技术领域。

背景技术

由于射流边界的剪切层(Kelvin-Helmholtz)不稳定，自由射流会在喷口下游一定距离因剪切层失稳而产生大尺度涡结构。这些涡结构与开口射流风洞试验段下游的收集器及其反射的压力脉动相互作用，导致试验段流场产生低频压力脉动。低频压力脉动破坏流场品质，严重影响试验模型的空气动力学和气动声学测量的精准度。为了在开口射流风洞中开展高质量的空气动力学和气动噪声试验研究，控制射流风洞的低频振荡，得到相对稳定的流场和声场测试环境，就显得尤为重要。除此之外，低频压力脉动引起的流场和洞体结构振荡以及涡-声间的相互作用都会造成能量损失，因此消弱或抑制低频压力脉动，对节约能源以及提高开口射流风洞能量利用效率也具有积极意义。

现有技术中，对低频压力脉动的控制措施主要包括两种方式。

一种是：收集器结构形状优化；其控制原理是通过改变收集器几何尺寸和形状等，降低收集器与大尺度涡结构相互作用产生的压力波动。该方式的难点和缺陷在于设计困难、工程量大，特别是对已经建成的风洞而言，改变收集器结构和形状往往受到洞体结构限制。

另外一种是：在射流喷口安装涡流发生器(传统的涡流发生器多为矩形或三角形的二维扰流片，以及立方体、三角锥等三维涡流发生器)；其控制原理是通过产生小尺度涡，促使剪切层转捩为湍流，而湍流可以抑制剪切层大尺度结构的形成，进而抑制低频压力脉动。如图1为现有技术中在矩形开口射流风洞喷口处，安装有等距交错的扰流体 (喷口下壁不分布)，如图2所示为现有技术中在矩形开口射流风洞喷口处，安装有连续排列的三角形状扰流体(喷口下壁不分布)。这类涡流发生器带来的弊端有：1)不管是扰流片还是扰流体，外形上棱角棱边较多，带来自身高频噪声，严重影响声学测量；2) 周向分布的方式和安装数目较多(喷口一周约安装20～30个)，不但使试验测量段层流核心面积缩小、破坏了流场品质，比如使方向场、湍流度增大等，严重影响空气动力学测量，而且叠加的高频噪声更严重；3)材质多为金属，安装复杂，对现有风洞喷口存在一定的破坏；4)还有一类为柔性材质，受风载后易破损，且自身易受迫振动，高频噪声强烈。总的来说，该类方式存在以下缺点：一是控制效果有限，并不能大幅度地降低低频压力脉动幅值；二是传统的涡流发生器使得转捩后的射流边界层具有更高的流动混合效率，射流边界扩张速度更快，因而可用于试验的层流核心部分的面积将会缩小；三是涡流发生器导致流动转捩后产生高频噪声，对声学测量带来不利影响。除此之外，随着测试手段的增强，以及受试设计对测试指标要求的提高，既有的涡流发生器控制手段已不能满足先进航空器/高速列车/汽车等对高精度、高质量测试结果的需求。

发明内容

针对上述现有技术存在问题，本发明提供一种抑制开口射流风洞低频压力脉动的喷口角涡发生器，通过对涡流发生器的外形设计和分布方式改变，能够在大幅度降低风洞低频压力脉动的同时，不缩小试验的层流核心面积，并且不增加高频背景噪声。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种抑制开口射流风洞低频压力脉动的喷口角涡发生器，包括喷口，所述喷口的每个壁上固定安装有两个扰流体；其中，所述扰流体是由矩形的扰流体底面、两个扰流体侧面和流向表面组成的圆弧状结构。

进一步，所述喷口由四个壁组成，每个壁的两个端头各安装有一个扰流体。

进一步，所述流向表面为曲面结构。

进一步，所述流向表面为翼型曲面结构。

进一步，所述扰流体侧面和流向表面接触处设置有倒角。

进一步，所述扰流体侧面和流向表面呈直角相接。

进一步，所述扰流体、流向表面、喷口和倒角之间的尺寸关系为：

L1＝L5×(0.5～1)；

L2＝L4×(0.02～0.1)；

L3＝L1×(0.05～0.2)；

R1＝L1×(1.5～3)；

R2＝L3×(0.001～0.5)；

其中，扰流体底面长为L1，宽为L2；扰流体底面至所述流向表面最高处高度为L3；流向表面曲面半径为R1；倒角半径为R2；L4为喷口宽度，L5为喷口深度，L6为喷口高度。

进一步，所述扰流体前端与所述喷口出口距离为L7，所述扰流体侧面与相邻所述喷口的侧壁的距离为L8，安装于所述喷口侧壁上的扰流体侧面与相邻喷口壁的距离为L9；

它们之间的尺寸关系为：

L7＝L5×(0～0.1)；