Импульсный резонаторный эжектор
Владельцы патента RU 2716650:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)
Изобретение относится к струйной технике, а конкретно к газовым эжекторам. Эжектор содержит подводной канал, камеру смешения, полость разрежения со щелью, соединяющей ее с областью отбора газа, выходной диффузор и установленные между подводным каналом и камерой смешения полость и резонаторную трубку, образующие совместно резонатор. Изобретение позволяет увеличить коэффициент эжекции в 2-2.5 раза. 3 ил.
Изобретение относится к струйной технике, а конкретно к газовым эжекторам и может быть использовано в индустриальной промышленности для откачки газов, пылевоздушных смесей в пылезащитных устройствах, в системах обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также в авиации в системах управления обтеканием летательного аппарата (ЛА) при дозвуковых и околозвуковых скоростях полета.
Для управления обтеканием крыла ЛА с целью его перестройки в благоприятном направлении используются устройства (актуаторы) различных типов. Как правило, эти устройства тем или иным способом формируют струю газа, которая может быть направлена в чувствительные зоны обтекания и вызвать его перестройку в благоприятном направлении.
Известен актуатор, работающий на газе высокого давления, осуществляющий с помощью специального пневматического устройства формирование пульсирующего выдува в одной области течения и постоянного отсоса пограничного слоя в другой: Arwatz, G., Fono, I., and Seifert, A. "Suction and oscillatory blowing actuator modeling and validation," AIAA journal, Vol. 46, No. 5, 2008, pp. 1107-1117. Основным недостатком подобных актуаторов является необходимость отбора газа высокого давления от двигателя или от специального компрессора.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является импульсный плазменный тепловой актуатор эжекторного типа (патент РФ №2637235), состоящий из подводного канала, обратного клапана, сопла эжектора, камеры смешения, полости разрежения, выходного диффузора и разрядной камеры со встроенными игольчатыми электродами, при этом полость разрежения выполнена со щелью, соединяющей ее с поверхностью крыла.
Недостатком известного актуатора является необходимость наличия в системе управления импульсного высоковольтного источника питания значительной мощности.
Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является повышение коэффициента эжекции газа, упрощение схемы устройства, существенное сокращение затрат энергии, повышение экономичности по расходу высоконапорного газа.
Решение задачи и технический результат достигается тем, что импульсный резонаторный эжектор, содержащий подводной канал, камеру смешения, полость разрежения со щелью, соединяющей ее с областью отбора газа и выходной диффузор, дополнительно содержит установленные между подводным каналом и камерой смешения полость и резонаторную трубку, образующие совместно резонатор.
На фигуре 1 приведена схема резонаторного импульсного эжектора.
На фигуре 2 приведены результаты экспериментальных стендовых исследований зависимости объемов эжектируемого газа при работе эжектора в стационарном и импульсном режимах в зависимости от расхода высоконапорного газа.
На фигуре 3 приведен график величин коэффициента эжекции при разных режимах работы эжектора.
Импульсный резонаторный эжектор (фиг. 1) состоит из трассы подвода импульсов высокого давления 1, резонатора, состоящего из полости 2 и резонаторной трубки 3, полости разрежения 4, в которую производится отсос внешней среды через щель 5, камеры смешения 6, переходящей в выходной диффузор 7.
Принцип работы импульсного резонаторного эжектора следующий: на вход импульсного резонаторного эжектора по трассе 1 подаются импульсы избыточного давления с некоторой скважностью. Форма импульсов давления и величина скважности принципиального значения не имеют (лабораторный образец испытывался при импульсах давления, по форме близких к положительным синусоидальным, и скважности, равной трем). Во время положительного импульса давления происходит расход высоконапорного газа. В результате в полости резонатора 2 и резонаторной трубке 3 возникают собственные колебания давления (как положительные, так и отрицательные) определенной амплитуды, зависящей от добротности резонатора. При этом в резонаторной трубке 3 возникает возвратно-поступательное течение газа. Поступательное (выдув) во время прохождения положительного импульса давления и возвратное во время между импульсами. Резонаторная трубка 3 является одновременно высоконапорным соплом эжектора. Во время истечения газа из сопла эжектор создает разрежение в камере 4 и происходит отсос газа из области отбора газа через щель 5. Во время обратного течения газа в трубку 3 также засасывается газ из камеры 4 и из области отбора газа через щель 5. Таким образом, отсос газа через щель 5 происходит непрерывно как во время положительного импульса давления, во время которого происходит расход высоконапорного газа, так и в промежутке между импульсами, когда расход высоконапорного газа равен нулю. При этом возникает значительное уменьшение расхода высоконапорного газа и увеличение коэффициента эжекции.
При использовании импульсного резонаторного эжектора в качестве устройства управления обтеканием крыла на крейсерских режимах, областью отбора газа является внешняя поверхность крыла.
Наличие в конструкции резонаторного импульсного эжектора резонатора, обеспечивает повышенную экономичность конструкции по расходу высоконапорного газа.
Основная экспериментально определяемая резонансная частота для исследуемой конструкции эжектора равнялась f≈60 Гц. Видно, что импульсный режим работы на частотах далеких от резонанса («Не резонансный импульсный режим 40 Гц» на фиг. 2) уже обеспечивает значительную экономию расхода высоконапорного газа, необходимого для достижения заданного расхода эжекции. Резонансный режим работы эжектора («Резонансный импульсный режим 60 Гц» на фиг. 2) увеличивает его производительность по расходу эжектируемого газа еще на 20-25%.
Коэффициент эжекции (фиг. 3), равный отношению массовых расходов эжектируемого и высоконапорного газов, также значительно возрастает при импульсных режимах работы эжектора, даже на далеких от резонанса частотах.
На резонансном режиме коэффициент эжекции в 2-2.5 раза выше, чем при стационарном. Наиболее эффективны резонансные режимы работы эжектора при малых и средних величинах расхода высоконапорного газа.
Импульсный резонаторный эжектор, содержащий подводной канал, камеру смешения, полость разрежения со щелью, соединяющей ее с областью отбора газа, и выходной диффузор, отличающийся тем, что дополнительно содержит установленные между подводным каналом и камерой смешения полость и резонаторную трубку, образующие совместно резонатор.
