具有表面、前緣和主動氣流控制系統的氣流本體及其交通工具技術方案

一種具有表面（6）和前緣（4）的氣流本體（2）具有主動氣流控制系統，其中，主動氣流控制系統包括多個開口（8）、至少一個控制控制壓力改變裝置（14）和具有互作用腔的至少一個射流致動器（10），該互作用腔具有可連接至空氣源（12）的入口、至少兩個出口以及至少兩個控制壓力端口。開口（8）沿著前緣（4）或者平行于前緣（4）以并排的關系分布并且延伸貫穿表面（6）。控制壓力改變裝置（14）以射流方式連接至至少兩個控制壓力端口，其中，控制壓力改變裝置（14）適于致使流體流至少大部分地進入出口中的相應的一個出口。出口中的每一個均連接至多個開口（8）中的一個單獨的開口（8）。由此，實現了有效的主動氣流控制系統，其無需能夠機械移動的元件或大的安裝空間。

【技術實現步驟摘要】
具有表面、前緣和主動氣流控制系統的氣流本體及其交通工具
本專利技術涉及具有前緣、表面和主動氣流控制系統的氣流本體以及包括至少一個這種氣流本體和空氣源的交通工具。
技術介紹
作為交通工具或其它設備的承受繞流的部分，氣流本體經常被要求呈現出以下空氣動力特性:在各種氣流條件下都造成基本完全附著的氣流。例如，商業飛行器設計成能夠用于寬的氣流速率和高度的范圍。在邊界條件下，例如在增升飛行期間，可以使用主動氣流控制系統來防止氣流與飛行器機翼或其它表面分離。與傳統的表面相比，主動氣流控制通過在保持攻角恒定的同時消除分離而能夠導致升力增加，或者通過將特定表面的失速推遲到更高的氣流入射(flow incidence)度數，從而也增加升力。特別是對于飛行器的機翼、附著于飛行器的一部分的豎直或水平尾翼或其它控制表面來說，這是方便且有利的。已知采用射流致動器來影響沿著氣流本體的氣流表面的氣流。這些射流致動器可以以如下方式實施:使得射流致動器從氣流表面中的開口提供脈沖噴射。該噴射能夠通過引入渦旋結構而將分離推遲到更高的氣流入射角，該渦旋結構使氣流元件的下游對流，由此給在其它情況下會分離的氣流區域供應能量。通過根據局部氣流現象對通過開口的脈沖頻率和沖量噴射(momentum injection)進行優化,能夠產生高效率的主動氣流控制系統。通常，這些射流致動器利用閥或其它主動影響裝置來提供脈沖氣流。通常由諸如縫翼、克魯格(Krueger)襟翼之類的機械裝置來抑制高空氣動力載荷期間與大的氣流入射角相關的前緣氣流分離。這些通常包括獨特的技術上復雜的物件、可移動的機械部件，并且由此使得制造和維護成本很高。傳統的前緣增升裝置利用了一些空氣動力效應，其增大了能夠使氣流保持附著于后緣元件的表面的入射范圍。其最重要的效果是降低了隨后的元件的低壓吸力峰值，由此減小了該元件上的失穩壓力的上升。在某種程度上，被動渦流發生器也能夠保持氣流附著于高的氣流入射角。這是通過產生順流渦線來實現的，順流渦線向邊界層引入能量。然而，通常這些被動裝置不能夠實現與由機械前緣增升力裝置產生的收益相同的收益，并且還在飛行狀態下產生不必要的伴生阻力。此外，在某些區域中，例如飛行器機翼的外側區或其它氣流表面，可能無法使用這些傳統的方法，主要是由于缺乏必要的安裝空間。因此，氣流分離通常是設計這些區域的限制因素。相應地，推進那些自然的界線將有益于例如飛行器的整體效率。
技術實現思路
因此本專利技術的目的是提供一種承受繞流的氣流本體，其具有克服上文中所提及的缺點的主動控制系統。具體地，本專利技術的目的是提供具有主動控制系統的氣流本體，該主動控制系統與已知的主動氣流控制系統相比能夠提供對氣流分離的抑制以便明顯地提高效率，具有盡可能少的機械部件以降低制造和維護成本并潛在地降低增升系統的重量。該目的能夠由根據獨立權利要求1所述的具有主動控制系統的氣流本體來實現。能夠從從屬權利要求中獲得有利的實施方式和改進。根據本專利技術的氣流本體具有表面、前緣和主動氣流控制系統，其中，主動氣流控制系統包括多個開口、至少一個控制壓力改變裝置和至少一個射流致動器，該射流致動器具有能夠連接至空氣源的入口、至少兩個出口以及至少兩個控制壓力端口，其中，射流致動器設計成使得來自入口的空氣流向至少兩個出口，其中，開口沿著前緣或平行于前緣以并排的關系分布并且延伸貫穿表面，并且其中，控制壓力改變裝置以射流方式連接至至少兩個控制壓力端口，其中，控制壓力改變裝置適于致使流體流至少大部分地進入所述出口中的相應的一個出口，并且其中，出口中的每一個均連接至多個開口中的一個單獨的開口。氣流本體可實施為很多種可能的氣流本體中的一種。例如，氣流本體可以是機翼、飛行器的水平或豎直尾翼、風力渦輪機的翼或轉子、交通工具的機身部件或者承受繞流的任何其它本體。基本上，氣流本體具有如下表面:該表面提供幾何定界且限定在特定操作狀態期間使得需要進行主動流動控制的空氣動力特性。氣流本體的前緣是面向沖擊空氣流的邊緣。在氣流本體是機翼、控制表面、尾翼等的情況下，通常在距離前緣不遠的區域中存在滯止線，該滯止線分離氣流本體的上部部分和下部部分。一般而言，例如，在作為氣流本體的傳統機翼上，滯止點會存在于機翼具有其最大曲率處的區域附近，其中，隨著攻角增大得越大，滯止線在機翼的下側上向下游移動。由于吸力峰值的下游側的壓力上升，可能出現氣流分離。峰值越高(壓力越低)，峰值下游的正壓力梯度越高，由此，峰值下游的氣流更有可能傾向于分離。主動氣流控制系統包括多個延伸貫穿表面的開口。通過借助于至少一個射流致動器產生穿過開口的脈沖空氣流，來影響其開口處以及下游處的繞流。射流致動器的核心部件是互作用腔，在互作用腔中，來自于入口的空氣流朝向開口流動，其優選地定位在互作用腔的相反側。通過控制壓力端口，能夠將附加的氣流引入互作用腔，該附加的氣流沖擊在入口和出口之間的主氣流上。由此，能夠使主氣流偏轉成主要流過其中一個開口。由于至少兩個開口正對地連接至單獨的縫隙，控制壓力端口是用于直接控制大部分主空氣流所離開的單獨縫隙的裝置。由此，不必使用閥或其它能夠機械移動的裝置來影響射流致動器內部的氣流路徑。在控制壓力端口處引入脈沖控制壓力導致穿過表面中的縫隙的脈沖氣流。通過將例如來自連接至出口的管路或來自連接至控制壓力供應源的管路的空氣進行反饋來實現脈沖。為了更好地理解的目的，下文中將對這種射流致動器的主要特性進行詳細的解釋。基本上，整個系統可以包括兩個階段:第一階段可以是包括反饋回路的一個或多個射流致動器，并且第二階段可以是由第一階段控制的一個或多個射流致動器。在本文中，射流致動器是具有中央入口端口和至少兩個對稱布置的出口的管道裝置。嚴格來講，管道裝置是分支成至少兩個出口的出口管道。由于其對稱的性質，理論上來講，氣流被平均地分配至所有出口。由于裝置的目標是將氣流分配在單個出口或多個出口(但是至少分配至出口的特定部分)，所以兩個控制壓力端口彼此相對地——例如，相對于入口端口和出口之間的氣流方向呈側向一緊鄰該第一階段射流致動器的入口端口安裝。如果氣流穿過這些控制壓力端口中的一個，那么來自供應源的氣流在互作用腔中被偏轉至一側并且由此主要流過其中一個出口。相反方向能夠由另一側控制壓力端口觸發。第一階段具有用于各側上的控制壓力端口的反饋回路。S卩，一旦將供應至第一階段的大部分氣流供應至出口分支中的一個或至少一部分中，那么該致動器以非對稱的形式運行。一旦出現這種情況，則削減一部分流出流并且將其分別引導返回之前所提及的控制壓力端口和控制壓力管路。對于具有單個入口端口和兩個出口的射流致動器來講，能夠對這種情況進行如下地描述:將來自入口的空氣供應平均地分至兩個出口，但是由于這些射流致動器遭受與制造相關的不對稱性——即，單個零件的、特別是分支區段的與制造相關的不平均結構，它們中的一個從根本上來講在流體動力學方面總是優勢的。相應的，兩個出口中的一個將比另一個接收更大的體積流量。然而，該氣流的一部分將被削減并且經由反饋回路被分別引導返回至左側壓力控制端口和控制壓力管路。這樣對入流氣流進行擾動并且引起朝向右側分支的嚴重傾斜。那時，相反現象再次發生并且將整個脈沖頻率調整至第一階段的出口。因此，啟動了脈沖操作。隨著交替的數本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有表面（6）、前緣（4）和主動氣流控制系統（55,66,68）的氣流本體（2），其中，所述主動氣流控制系統（55,66,68）包括多個開口（8）、至少一個控制壓力改變裝置（14,26）和至少一個射流致動器（10），所述射流致動器（10）具有能夠連接至空氣源（12）的入口、至少兩個出口（19,20）以及至少兩個控制壓力端口（23,25），其中，所述射流致動器（10）設計成使得來自所述入口的空氣流向所述至少兩個出口（19,20），其中，所述開口（8）沿著所述前緣（4）或平行于所述前緣（4）以并排的關系分布并且延伸貫穿所述表面（6），并且其中，所述控制壓力改變裝置（14,26）以射流方式連接至所述至少兩個控制壓力端口（23,25），其中，所述控制壓力改變裝置（14,26）適于致使流體流至少大部分地進入所述出口（19,20）中的相應的一個出口，并且其中所述出口（19,20）中的每一個均連接至所述多個開口（8）中的一個單獨的開口（8）。

【技術特征摘要】
2012.04.12 EP 12164009.81.一種具有表面(6)、前緣(4)和主動氣流控制系統(55，66，68)的氣流本體(2)，其中，所述主動氣流控制系統(55，66，68)包括多個開口(8)、至少一個控制壓力改變裝置(14，26)和至少一個射流致動器(10)，所述射流致動器(10)具有能夠連接至空氣源(12)的入口、至少兩個出口( 19，20)以及至少兩個控制壓力端口(23，25)，其中，所述射流致動器(10)設計成使得來自所述入口的空氣流向所述至少兩個出口(19，20)，其中，所述開口(8)沿著所述前緣(4)或平行于所述前緣(4)以并排的關系分布并且延伸貫穿所述表面(6)，并且其中，所述控制壓力改變裝置(14，26 )以射流方式連接至所述至少兩個控制壓力端口(23，25)，其中，所述控制壓力改變裝置(14，26)適于致使流體流至少大部分地進入所述出口( 19，20)中的相應的一個出口，并且其中所述出口( 19，20)中的每一個均連接至所述多個開口(8)中的一個單獨的開口(8)。2.根據權利要求1所述的氣流本體(2)，其中，所述射流致動器(10)包括互作用腔(21)，所述互作用腔(21)連接所述入口與所述至少兩個出口(19，20)并且位于所述至少兩個控制壓力端口(23，25)之間，其中，所述互作用腔(21)適于借助于 源自所述控制壓力端口(23，25)的控制空氣流將來自所述入口的氣流主要地偏轉至所述至少兩個出口( 19，20)中的一個出口中。3.根據權利要求1或2所述的氣流本體(2)，其中，多個所述射流致動器(10 )連接至單個控制壓力改變裝置(14，26 )。4.根據前述權利要求中任一項所述的氣流本體(2)，其中，所述控制壓力改變裝置(14，26)包括:氣流分割裝置，所述氣流分割裝置帶有能夠連接至控制空氣源(13)的入口 ；至少兩個出口(32，34)以及與各個出口(32，34)相關聯的反饋管路(36，40, 45)，所述反饋管路(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬蒂亞斯·鮑爾，弗蘭克·豪克，沃爾夫岡·尼切，布爾哈德·格爾林，
申請(專利權)人：空中客車德國運營有限責任公司，
類型：發明
國別省市：