一种基于涡流发生器和主动激励的流动控制装置及方法

本发明涉及实验流体力学，尤其涉及一种基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置、系统及方法。

背景技术：

1、在常见的工业生产和学术研究中，流动分离无处不在。流动分离现象伴随着回流区的出现，并在回流区与主流之间出现强剪切层，促进了复杂湍流结构的出现和发展。这些尺度不一，结构复杂的涡结构在强湍流条件下具有很强的非定常性。此外，回流区中压差阻力和流动损失会剧烈增加，从而降低流动效率。抑制流动分离可转化为巨大的经济效益。研究表明，当交通载具速度为50km/h时，气动阻力占总阻力的50%，而当速度上升至130km/h时这一比例将增加至80%。

2、对于控制流动分离，研究人员已经开展了大量研究，并开发了多种减阻激励器。对于被动控制，目前行业内主要采用涡流发生器。这一装置无需额外能量，利用生成的流向涡使边界层内部低速气流与外部高速气流进行能量交流，从而实现控制分离以及实现减阻的目的。主动减阻控制技术具有更好的灵活性，且能进一步显著降低气动阻力，因而受到国内外研究学者的青睐。横向开槽吹吸气的方法可以使得流动分离区域的面积显著减小，从而导致很强的背压恢复。

3、然而，现有的主流流动控制方案存在以下问题。第一，现存装置不能将主、被动控制策略进行统一，即激励装置只能进行被动或主动控制。这种策略限制了流动控制的效率。第二，现有主动或被动激励器不能对流动分离实现精细化控制。对于被动控制，无法在不同的流场状态下选择不同的激励器部署方案。对于主动控制，无法对激励器的开关状态在空间上进行选择。。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，为解决上述问题而提出一种采用主被动结合控制的射流实验装置，能够在射流流动控制实验中实现主被动结合的多样化及精细化控制。

2、作为本发明的一个方面，提供一种基于涡流发生器和主动激励的流动控制装置，该装置包括：

3、模拟流场体、至少两组主被动结合激励模块、至少两组压力传感器模块以及中央处理器；

4、至少两组主被动结合激励模块阵列分布，在形成的阵列中，每列主被动结合激励模块配置有一组压力传感器模块，压力传感器模块位于主被动结合激励模块的侧面；

5、压力传感器模块内嵌于模拟流场体，且压力传感器模块的顶面与模拟流场体的顶面平齐；

6、主被动结合激励模块位于模拟流场体的内部，模拟流场体的顶面呈现流线型，主被动结合激励模块的顶部突出于模拟流场体；

7、主被动结合激励模块包括主动激励器、被动激励器以及驱动部；

8、主动激励器内嵌于被动激励器，驱动部与被动激励器连接，驱动部用于驱动被动激励部竖直运动；

9、被动激励器实现为涡流发生器；

10、中央处理器分别与主被动结合激励模块以及压力传感器模块通信连接，中央处理器用于对主动被结合激励模块以及压力传感器模块进行数据采集以及指令发送。

11、在一个可选的实施例中，主动激励器实现为微射流激励器；

12、微射流激励器与中央处理器通信连接。

13、在一个可选的实施例中，主动激励器包括微射流喷嘴以及气源；

14、气源与微射流喷嘴连接；

15、气源与中央处理器通信连接。

16、在一个可选的实施例中，压力传感器模块包括压力传感器模块外壳、至少两个测压点以及与测压点对应的测压管，测压管配置有测压管接头；

17、测压点与主被动结合激励模块对应；

18、测压点配置有压力传感器。

19、在一个可选的实施例中，压力传感器实现为psu-64电子压力扫描阀。

20、在一个可选的实施例中，模拟流场体的顶部具有至少一个静压孔；

21、静压孔的数量与位置与压力传感器模块对应。

22、在一个可选的实施例中，模拟流场体的内部具有至少一个开槽；

23、开槽的数量与主被动结合激励模块的数量对应；

24、主被动结合激励模块位于开槽内。

25、在一个可选的实施例中，驱动部实现为步进电机。

26、在一个可选的实施例中，步进电机与主被动结合激励模块螺纹连接。

27、作为本发明的另一个方面，提供了一种基于涡流发生器的主被动结合流动控制方法，以该方法应用于如上任一的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置内的中央处理器中，方法包括：

28、获取至少两组压力传感器模块采集的壁面压力数据；

29、基于壁面压力数据，生成与壁面压力数据对应的驱动部控制指令以及主动激励模块控制指令；

30、向驱动部发送驱动部控制指令；

31、向主动激励模块发送主动激励模块控制指令。

32、本发明相比于现有技术具有至少如下有益效果：

33、（1）本发明可以根据特定流场情况下的壁面压力特征，采取相应的控制方案，调整主-被动结合激励器的部署方式，实现灵活化、精细化的流动控制。

34、（2）本发明中采用的主-被动结合激励器，可以在被动模块先行开启的情况下继续进行额外的主动控制，通过最小的耗能方式获得最大的气动减阻效果。

35、（3）本发明不改变流场中壁面基础形状情况下，通过替换流场梯度出外壁面的方式进行部署，可以实现快速推广和应用。

技术特征：

1.一种基于涡流发生器和主动激励的流动控制装置，其特征在于，所述装置包括模拟流场体、至少两组主被动结合激励模块、至少两个压力传感器模块以及中央处理器；

2.根据权利要求1所述的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置，其特征在于，所述主动激励模块实现为微射流激励器；

3.根据权利要求2所述的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置，其特征在于，所述主动激励模块包括微射流喷嘴以及气源；

4.根据权利要求1所述的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置，其特征在于，所述压力传感器模块包括压力传感器模块外壳、至少两个测压点以及与所述测压点对应的测压管，所述测压管配置有测压管接头；

5.根据权利要求4所述的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置，其特征在于，所述压力传感器实现为psu-64电子压力扫描阀。

6.根据权利要求4所述的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置，其特征在于，所述模拟流场体的顶部具有至少一个静压孔；

7.根据权利要求1所述的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置，其特征在于，所述模拟流场体的内部具有至少一个开槽；

8.根据权利要求1所述的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置，其特征在于，所述驱动部实现为步进电机。

9.根据权利要求8所述的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置，其特征在于，所述步进电机与所述主被动结合激励模块螺纹连接。

10.一种基于涡流发生器的主被动结合流动控制方法，其特征在于，所述方法应用于所述权利要求1至9任一所述的基于涡流发生器的主被动结合流动控制装置内的中央处理器中，所述方法包括：

技术总结
本发明涉及实验流体力学技术领域，具体公开了一种基于涡流发生器和主动激励的流动控制装置及方法，装置包括在受控流场梯度处阵列式部署的由涡流发生器和微射流激励器组成的主‑被动结合激励器、压力传感器系统、受控流场壁面及与上述激励器和传感器相连接的微型中央处理器系统；主‑被动结合激励器用于对流场进行主动和被动控制；压力传感器模块用于监测实时壁面压力；受控流场壁面用于安装主‑被动结合激励器；微型中央处理器系统用于控制主‑被动结合激励器的开关状态。本发明可以通过阵列式部署主‑被动结合流动控制激励器，对流场进行精细化、复合式的流动控制，从而实现更有效的气动控制效果。

技术研发人员：诺泍德,李松锜,罗嘉阳,高南
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24