[发明专利]气动式涡流发生器和等离子体合成射流组合控制的飞行器

说明书

本发明公开了一种气动式涡流发生器和等离子体合成射流组合控制的飞行器，包括弹体、埋入式进气道、位于弹体的气动式涡流发生器和位于进气道导流面的等离子体合成射流激励器。其中，通过气动式涡流发生器吹除了部分来流边界层，使得卷吸涡吸入能量较高的流体，另一方面在进气道导流面安装等离子体合成射流激励器，利用等离子体合成射流诱导出新的旋涡，在保持此旋涡强度不大的同时迫使底部的高能流向管道中心流动，从而进一步降低进气道出口截面的总压畸变。本发明充分利用了两种控制方法的优势，控制效果比单独控制均更优，耗气量不到发动机流量的0.5％，且可根据飞行状态自适应调整流动控制状态，具有广阔的工程实用前景。

技术领域

本发明涉及飞行器设计领域，尤其是一种埋入式进气道。

背景技术

进气道是吸气式推进系统的重要气动部件之一，先进进气道的设计在挖掘自身气动方面潜能的同时，必须同时注重其电磁隐身、结构长度和重量、外部阻力以及与飞行器的融合等一体化因素，埋入式进气应运而生。

埋入式进气道因在机身上不呈现任何突出部分而具有独一无二的一体化优势：首先，进口与机身表面完全融合，故能显著降低飞行器的迎风阻力，并大幅度减小进气道的结构重量；其次，有效地降低了进气道腔体以及进气道外表面与机身间角区的电磁回波，故具有良好的隐身性能；此外，S型埋入式进气道的使用还使得飞行器的携带、安装及箱式发射变得更加便利。为此，S型埋入式进气道吸引了国内外学术界和工程界众多科研技术人员的关注。

然而，S型埋入式进气道在自身气动设计上作出的牺牲是巨大的：(1)不能直接利用来流的冲压作用，主要依靠口面旋涡产生的卷吸作用诱导外流进入内通道，而口面旋涡实际上是一把“双刃剑”，在捕获来流的同时，也带来了较大的掺混损失，并使得内通道流动变得难以组织；(2)难以设置边界层隔道，故往往吸入了大量的机体边界层低能气流。为此，低的总压恢复系数、大的出口总压畸变、窄的稳定工作范围是埋入式进气道的重要缺陷，也是阻止其走向广泛使用的主要障碍。国内外一直有大量的研究工作致力于实现埋入式进气道内部旋流及其诱导分离的有效控制，其中主动式控制方法主要采用射流式涡流发生器，但单独采用射流式涡流发生器要想取得较好的控制效果，常需要从高压压气机引走超过主流流量1％的气流，这对发动机的推力和稳定工作边界造成了较大影响，而被动式流动控制方法主要为气动式涡流发生器，外凸的叶片不仅会存在脱落风险而且无法根据飞行状态调节，所以要发展一种能耗更小，能主动适应飞行器状态的流动控制方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种气动式涡流发生器和等离子体合成射流组合控制的飞行器，目的是减少进入进气道内部的边界层，同时利用等离子体合成射流诱导的旋涡改善进气道出口总压分布，以便维持进气道出口总压基本不变的前提下降低出口总压畸变。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种气动式涡流发生器和等离子体合成射流组合控制的飞行器，包括弹体、位于弹体上的气动式涡流发生器、位于弹体内的埋入式进气道、位于埋入式进气道内的等离子体合成射流激励器；所述气动式涡流发生器有两对，气动式涡流发生器位于埋入式进气道进口上游的弹体表面上，等离子体合成射流激励器有两对，且位于埋入式进气道的进气道导流面上靠近埋入式进气道进口的位置。

进一步的，所述气动式涡流发生器距对称面的距离为0.44D，其中D为进气道出口直径；等离子体合成射流激励器有两对，最靠近对称面的激励器距对称面的距离为0.44D；所述对称面为飞行器对称纵剖的面。

进一步的，每对气动式涡流发生器沿流向前后布置，与弹体的交界面为矩形，靠近进气道进口的吹气缝距导流面进口的距离为5.14D，两个吹气缝之间的流向距离为1D，每对等离子合成射流激励器为展向布局，与进气道导流面的交界面为类平行四边形，距进气道导流面进口为0.55D，两个激励器之间的展向间距为0.12D。

进一步的，所述气动式涡流发生器的对称中线与弹体展向存在一定夹角，该夹角为20°～30°。