[发明专利]一种高空螺旋桨协同射流高效气动布局构型及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于螺旋桨技术领域，具体涉及一种高空螺旋桨协同射流高效气动布局构型及控制方法。

背景技术

随着航空技术、材料技术等科学技术的不断发展，高空飞艇螺旋桨凭借平流层稳定的气象条件和良好的电磁特性，在通信、遥感、预警等领域有着广阔的应用前景，是目前国内外研究的热点。

与传统飞机螺旋桨相比，高空飞艇螺旋桨工作于大气密度不到海平面10％的高空(高度>20km)，且由于直径较大(直径10m左右)，其工作状态雷诺数范围在20万左右，虽然其工作状态雷诺数较低，但桨尖马赫数却能达到0.6以上。针对高空飞艇螺旋桨工作特点，传统布局的螺旋桨设计手段虽然能取得一定程度的性能提高，但是很难满足高空飞艇螺旋桨的需求。因此，为满足高性能高空飞艇设计要求，流动控制技术是最有希望的途径，其能够带来性能显著的提升以弥补传统布局螺旋桨设计手段的不足。

刘宝杰、杨晓宁等人于1998年发表了几种关于前缘流动控制的实验研究文章。文中指出，流动控制技术是利用流体间流体动力的相互作用，通过改变局部流动，以达到控制和放大流动信号的一种技术。同时，还指出了传统的飞行器流动控制方法有缝翼、襟翼、涡流发生器、边界层吹吸气等，但传统飞行器流动控制方法会带来非预期的寄生阻力或复杂的移动部件和通气管路等问题。

顾蕴松，李斌斌，程克明等人于2012年发表了名称为一种基于主动流动控制的射流矢量偏转技术的文章。文章中指出，该种流动控制技术会带来发动机推力和效率的损失等问题。

合成射流(synthetic jet，SJ)是流动控制领域近10年来最热门活跃的流动主动控制技术，是一种基于旋涡运动的零质量射流，通过控制未充分发展的旋涡相干结构的融合“合成”湍流剪切流。罗振兵，夏智勋等人于2005年发表了关于合成射流技术及其在流动控制中应用的进展的文章。文章中指出，合成射流激励器是一种小型或微型流体控制器件，合成射流技术要实现在宏观大尺度上的流动主动控制，除了工作频率范围要宽外，合成射流激励器必须能够产生较高动量的合成射流，能对外流场环境施加有效影响，而目前常规激励器的合成射流能量偏低。

等离子体流动控制的基本原理是：利用等离子体与飞行器绕流的相互作用，改变飞行器周围的流场结构和物理特性，从而达到流动控制目的。在等离子体流动控制中，等离子体激励器起着至关重要的作用。张攀峰，王晋军，施威毅等人发表了关于等离子体激励低速分离流动控制实验研究的文章。文章中指出，目前国内外用于流动控制的等离子体激励器通常采用表面放电方式，由于电场强度低，电离占空比小，离子浓度低等原因，属于弱电离放电，仍没有突破“离子风”技术。因此，等离子体诱导的最大气流速度只有8m/s，等离子体可控的来流速度为每秒几十米。

由此可见，传统布局的螺旋桨设计手段无法满足高空长航时飞行器的性能需求，而现阶段一些常见的流动控制技术又存在诸多缺点，如：工作效率低下，适用范围小，可控流速低等，因此，难以有效提高螺旋桨推进系统的工作效率。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高空螺旋桨协同射流高效气动布局构型及控制方法，可弥补传统布局螺旋桨以及常见流动控制技术的不足，提高高空螺旋桨推进系统的工作效率。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种高空螺旋桨协同射流高效气动布局构型，沿螺旋桨桨叶展向分段式布置多个协同射流装置；

每一个所述协同射流装置均包括：设置于螺旋桨上表面前缘负压区的吹气口、设置于螺旋桨上表面后缘高压区的吸气口、设置于桨叶内部的气流管道以及安装在所述气流管道内部的气泵；所述吹气口和所述吸气口通过所述气流管道连通，构成吹吸气回路；所述气泵用于驱动吸气和喷气同时进行，并且，通过所述气泵的控制，使吸气量和喷气量相同。

优选的，所述吹气口为连续型吹气口或者离散型吹气口；其中，所述离散型吹气口为在所述连续型吹气口上等间隔布置若干个堵片。

优选的，所述吹气口设置于5％本地弦长～15％本地弦长；所述吸气口设置于75％本地弦长～90％本地弦长；所述吹气口开口大小为0.5％本地弦长～1.5％本地弦长；所述吸气口开口大小为1.0％本地弦长～3.0％本地弦长。

优选的，所述吹气口设置于7％本地弦长；所述吸气口设置于88％本地弦长；所述吹气口开口大小为0.65％本地弦长；所述吸气口开口大小为1.4％本地弦长。

优选的，各个所述协同射流装置布置在30％R～90％R站位区间；其中，R为桨叶半径。