一種基於環境氣體噴流的武器艙噪聲抑制裝置的製作方法
2023-11-04 00:14:13
本實用新型涉及航空航天技術領域，具體是指一種基於環境氣體噴流的武器艙噪聲抑制裝置。
背景技術：
現代軍用戰機一般採用武器艙攜帶武器，這是因為當戰機處於起/降、巡航等狀態時，武器艙的艙門處於關閉狀態，這種武器攜帶方式能夠有效改善戰機的飛行性能，如提高隱身能力、增強機動性能、降低飛行阻力等。
當戰機發射或投放武器時，武器艙的艙門處於打開狀態，由於環境氣體流速較高、武器艙內氣體流速較低，不同流速氣體之間會在武器艙開口區域形成過渡層，該過渡層氣體稱為剪切層。當剪切層撞擊到武器艙艙壁時，艙內極易出現流激振蕩現象，產生高強度氣動噪聲。高強度噪聲環境不僅對武器艙系統具有破壞作用，如導致艙內電控設備失靈、艙壁結構疲勞等，還增加了戰機的維護成本。
目前，用於飛行器武器艙噪聲抑制裝置主要包括前緣擾流片和微孔射流兩種方式，前者的缺點在於：擾流片破壞了飛行器外形，增加了飛行阻力，並且其適用範圍較小，在超聲速飛行條件下，裝置的降噪能力顯著下降甚至失效；後者的缺點在於：微孔射流需要額外高壓氣源供氣，高壓氣源不僅不便於攜帶，而且射流出口流量受到氣源影響，導致降噪裝置的使用時間受到限制。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種基於環境氣體噴流的武器艙噪聲抑制裝置，安裝在武器艙前緣的噪聲抑制裝置利用環境氣體作為氣源，通過向武器艙前緣橫向噴射氣流以降低武器艙開啟時艙內的噪聲強度，既不破壞飛行器氣動外形，又不需要額外提供高壓氣源。
本實用新型的優點在於：
1、結構簡單、體積小巧、不破壞飛行器氣動外形；
2、環境氣體通過本發明所述的噪聲抑制裝置向武器艙開口處噴射氣流，在亞/跨/超聲速下，尤其是在跨/超聲速下，降噪效果明顯，效率較高；
3、能夠根據飛行速度自動調節噴流參數，具有自適應飛行速度的特點；
4、無需額外提供高壓氣源即可實現武器艙開啟時的降噪，無需攜帶高壓氣源裝置可有效減輕飛行器的重量。
本實用新型通過下述技術方案實現：一種基於環境氣體噴流的武器艙噪聲抑制裝置，安裝在武器艙前緣，包括沿氣流方向連接的口小腔大的駐室和設置噴流出口的噴流口蓋，橫截面呈細長矩形的噴流出口位於武器艙前緣。
本實用新型安裝在武器艙前緣模型平臺上，噴流口蓋上開設的噴流出口位於武器艙前緣，一定量的環境氣體進入口小腔大的駐室，流速變慢、壓力增大，形成壓力均勻的高壓氣體，高壓氣體從位於武器艙前緣的細長的噴流出口射出，形成噴流；噴流進入武器艙上遊流場，能夠改變武器艙開口區域的剪切層運動軌跡，從而減弱剪切層與武器艙的艙壁之間的碰撞，進而降低武器艙的噪聲強度。
進一步地，為了更好的實現本實用新型，所述駐室其腔室沿氣流方向依次分為駐室入口、主室、駐室出口，駐室入口、駐室出口的橫截面均為矩形，主室在縱截面上的輪廓線為首尾依次連接的入口輪廓線、上輪廓線、出口輪廓線、下輪廓線，且上輪廓線、下輪廓線均為光滑過渡線段。優化設計，上輪廓線與下輪廓線沿軸線對稱。
所述上輪廓線、下輪廓線均為光滑過渡線段，所對應的主室結構即為壁面光滑過渡的結構，保證環境氣體在主室內平穩通過。所述上輪廓線、下輪廓線可以是光滑過渡的樣條曲線段，可以是光滑過渡的多個圓弧線段組成的多弧線段，也可以是光滑過渡的多直線段，還可以是曲線段與直線段共同組成的多段線段。
經過模擬器分析及多次實物實驗分析，上輪廓線、下輪廓線均為樣條曲線時相比較於其他形式的光滑過渡線段，在降噪效果方面最佳，也就是說本實用新型優選上輪廓線、下輪廓線均為樣條曲線。
進一步地，為了更好的實現本實用新型，所述上輪廓線為僅由多個曲線段組成的樣條曲線，且沿氣流方向依次設置的M、X、Y、Z、N五個節點將樣條曲線分為MX曲線段、XY曲線段、YZ曲線段、ZN曲線段四個光滑過渡的曲線段，M位於駐室入口且N位於駐室出口；所述MX曲線段、XY曲線段、YZ曲線段、ZN曲線段構成光滑過渡段；所述MX曲線段的曲率半徑為ρMX，XY曲線段的曲率半徑為ρXY，YZ曲線段的曲率半徑為ρYZ，ZN曲線段的曲率半徑為ρZN，節點M處曲率半徑為ρM，節點N處曲率半徑為ρN，曲率半徑為正時對應凹曲線且曲率半徑為負時對應凸曲線，滿足：ρMX＞0、ρXY＜0、ρYZ＜0、ρZN＞0。
進一步地，為了更好的實現本實用新型，所述ρMX、ρXY、ρYZ、ρZN、ρM、ρN還滿足：|ρMX|≤|ρXY|、ρM＝ρN＝0。
進一步地，為了更好的實現本實用新型，所述主室內設置調整氣流方向的整流裝置。對應上輪廓線設置M、X、Y、Z、N五個節點的主室，所述XY曲線段與YZ曲線段之間的位置設置調整氣流方向的整流裝置。
進一步地，為了更好的實現本實用新型，所述整流裝置整體為薄板狀並設置多個貫穿的、用於氣流穩定通過的整流孔。
進一步地，為了更好的實現本實用新型，所述上輪廓線為由直線與曲線共同組成的多段線，且沿氣流方向依次設置的P、A、B、C、D、Q六個節點將多段線分為PA曲線段、AB曲線段、BC等直段、CD直線段、DQ直線段五個光滑過渡的線段，P位於駐室入口且Q位於駐室出口；所述PA曲線段、AB曲線段構成光滑過渡段；所述PA曲線段的曲率半徑為ρPA，AB曲線段的曲率半徑為ρAB，節點P處曲率半徑為ρP，節點B處曲率半徑為ρB，節點Q處曲率半徑為ρQ，曲率半徑為正時對應凹曲線且曲率半徑為負時對應凸曲線，滿足：ρPA＞0、ρAB＜0、|ρPA|≤|ρAB|、ρP＝ρB＝ρQ＝0。
進一步地，為了更好的實現本實用新型，所述駐室入口高度為H1，駐室出口高度為H2，光滑過渡段跨度為L且光滑過渡段最高點的高度為H3，滿足：H2≤H1、2H1≤H3≤5H1、6.5H1≤L≤7.5H1。
進一步地，為了更好的實現本實用新型，還包括設置在駐室入口端的進氣管和連接駐室出口與噴流口蓋的導流管；所述進氣管其進氣端為唇口，唇口的寬度不變，唇口的高度沿氣流方向由大變小且唇口的末端與駐室入口一致。
進一步地，為了更好的實現本實用新型，所述導流管的出口端設置有螺釘支架，並通過安裝在螺釘支架處的螺栓連接件將導流管與噴流口蓋固定連接。
本實用新型中，進氣管、駐室、導流管、噴流口蓋依次連接，對接的接口結構匹配且密封安裝。
本實用新型與現有技術相比，具有以下優點及有益效果：
(1)本實用新型中通過設置口小腔大的駐室，使得一定量的環境氣體通過駐室時，流速變慢，壓力增大，形成壓力均勻的高壓氣體，高壓氣體通過導流管從位於武器艙開口的細長的噴流出口射出，形成噴流而降低武器艙的噪聲強度，安裝在武器艙前緣而不破壞飛行器的氣動外形；
(2)本實用新型無需提供額外的高壓氣源，僅利用環境氣體即可實現開啟武器艙時的減噪；
(3)本實用新型結構簡單、體積小巧、可靠性高；
(4)本實用新型來流條件適用範圍廣，在亞/跨聲速來流條件下，均具有較好的武器艙噪聲抑制效果；
(5)本實用新型具有自適應於飛行速度的特點，可以隨來流速度的不同，自適應調節噴流出口流量。
附圖說明
圖1為本實用新型的結構示意圖；
圖2為圖1中A-A面的縱截面剖視圖；
圖3為本實用新型的安裝狀態示意圖；
圖4為實施例3中上輪廓線與下輪廓線不對稱時駐室的縱截面剖視圖；
圖5為實施例3中上輪廓線前後不對稱時駐室的縱截面剖視圖；
圖6為實施例4、實施例5中上輪廓線為樣條曲線時駐室的縱截面剖視圖；
圖7為實施例6中主室內安裝整流裝置時駐室的縱截面剖視圖；
圖8為實施例6中整流裝置的結構示意圖；
圖9為實施例7中上輪廓線為多段線時駐室的縱截面剖視圖；
圖10為實施例8中上輪廓線為多折線時駐室的縱截面剖視圖；
其中：1-進氣管，2-駐室，3-導流管，4-噴流口蓋，5-唇口，6-噴流出口，7-駐室入口，8-駐室出口，9-螺釘支架，10-模型平臺，11-武器艙，12-主室，13-整流裝置。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限於此。
實施例1：
本實施例的一種基於環境氣體噴流的武器艙噪聲抑制裝置，如圖1所示，包括駐室2和設置在駐室2出氣端的噴流口蓋4，噴流口蓋4上開設橫截面呈細長矩形的噴流出口6且噴流出口6的位置對應武器艙11前緣。所述駐室2口小腔大的結構是指，駐室2的進氣端、出氣端開口的橫截面均小於駐室2其內腔的橫截面。所述駐室2口小腔大，沿氣流方向，環境氣體進入駐室2後成擴張狀。
工作原理：
如圖3所示，本實用新型安裝在武器艙11前緣模型平臺10上，噴流口蓋4上開設的噴流出口6位於武器艙11前緣，一定量的環境氣體進入口小腔大的駐室2，流速變慢、壓力增大，形成壓力均勻的高壓氣體，高壓氣體從位於武器艙11開口的細長的噴流出口6射出，形成噴流；噴流進入武器艙11上遊流場，能夠改變武器艙11開口區域的剪切層運動軌跡，從而減弱剪切層與武器艙11的艙壁之間的碰撞，進而降低武器艙11的噪聲強度。
實施例2：
一種基於環境氣體噴流的武器艙噪聲抑制裝置，包括沿氣流方向連接的口小腔大的駐室2和設置噴流出口6的噴流口蓋4，橫截面呈細長矩形的噴流出口6位於武器艙11前緣。所述駐室2其腔室沿氣流方向依次分為駐室入口7、主室12、駐室出口8，駐室入口7、駐室出口8的橫截面均為矩形。
所述駐室入口7、駐室出口8開設位置可以等高，也可以高低錯開布置，通常情況下，駐室入口7略大於駐室出口8且駐室入口7與駐室出口8等高或略高。
所述駐室2為口小腔大，即主室12的每一個橫截面都不小於駐室入口7或駐室出口8的橫截面積。所述主室12的橫截面可以是一系列矩形，可以是一系列橢圓形，也可以是一系列形狀不定的異型。
當主室12為一系列矩形時，可以是一系列相同的矩形，可以是一系列等寬不等高的矩形，也可以是一系列形狀相似、橫截面積不相等的矩形。
當主室12為一系列橢圓形時，可以是一系列相同的橢圓形或類橢圓形，也可以是一系列形狀相似、橫截面積不相等的橢圓形或類橢圓形。
口小腔大且腔內光滑過渡設置的結構較多，環境氣體進入口小腔大且腔內光滑過渡的主室12後形成高壓氣體的原理相同，故不再贅述。
從流體力學的角度分析，主室12無明顯凸部、內壁整體光滑過渡連接的結構更有利於氣流的穩定；結合矩形的駐室入口7、駐室出口8，駐室2橫截面呈一系列等寬不等高的矩形時，環境氣體轉為高壓氣體進行噴射降噪的效果較明顯。
所述駐室入口7、駐室出口8、噴流出口6的橫截面均為矩形，便於氣體噴射後形成一整面的氣簾。所述噴流出口6設置成細長的矩形口，相對於並排設置的多個噴流孔，氣流整體連貫而形成氣簾、噴氣更穩定。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，故不再贅述。
實施例3：
本實施例在實施例1、實施例2的基礎上做進一步優化，進一步地，本噪聲抑制裝置處於常態安裝狀態下，沿豎直方向並通過中軸線的縱向截面為縱截面，所述主室12在縱截面的輪廓由依次首尾相接的進口分隔線、上輪廓線、出口分割線、下輪廓線構成。
如圖4、圖5所示，主室12在縱截面的輪廓線由首尾相接的進口分隔線L1、上輪廓線L2、出口分割線L3、下輪廓線L4組成，上輪廓線L2位於駐室入口7的端點為M、位於駐室出口8的端點為N，上輪廓線L2是一條中部遠離駐室入口7或駐室出口8的樣條曲線。所述主室12靠近駐室入口7的一端成光滑過渡的擴張噴管狀，一定量的環境氣體進入主室12後會因橫截面積增大而流速降低、壓力增大，形成高壓氣體後從噴流出口6噴出，實現降噪。
如圖4所示，上輪廓線L2前後對稱，且上輪廓線L2與下輪廓線L4不對稱，上輪廓線L2為樣條曲線，而下輪廓線L4為一直線段。主室12為圖4中結構時，主室12中上層環境空氣的流量要比下層環境空氣的流量低、壓力大。
如圖5所示，上輪廓線L2前後不對稱，且上輪廓線L2與下輪廓線L4對稱。主室12為圖5中結構時，進入主室12的環境氣體的壓力隨主室12其橫截面積變化率的變化而變化。
所述上輪廓線或下輪廓線可以為僅由多個曲線段光滑過渡連接形成的樣條曲線，可以為僅由多個直線段光滑過渡連接形成的多折線；也可以為由直線、曲線共同光滑過渡連接形成的多段線。
所述上輪廓線、下輪廓線可以不同，但考慮到氣流的穩定性，氣流方向的一致性等因素，優選上輪廓線、下輪廓線沿軸線對稱的結構。
本實施例的其他部分與實施例1或2相同，故不再贅述。
實施例4：
本實施例在實施例3的基礎上做進一步優化，如圖6所示，所述上輪廓與下輪廓沿軸線對稱，所述上輪廓線為僅由多個曲線段組成的樣條曲線，且沿氣流方向依次設置的M、X、Y、Z、N五個節點將樣條曲線分為MX曲線段、XY曲線段、YZ曲線段、ZN曲線段四個光滑過渡的曲線段，M位於駐室入口7且N位於駐室出口8；所述MX曲線段、XY曲線段、YZ曲線段、ZN曲線段構成光滑過渡段；所述MX曲線段的曲率半徑為ρMX，XY曲線段的曲率半徑為ρXY，YZ曲線段的曲率半徑為ρYZ，ZN曲線段的曲率半徑為ρZN，節點M處曲率半徑為ρM，節點N處曲率半徑為ρN，曲率半徑為正時對應凹曲線且曲率半徑為負時對應凸曲線，滿足ρMX＞0、ρXY＜0、ρYZ＜0、ρZN＞0。
本實施例中以上輪廓線作為參照標準，由樣條曲線或多個圓弧線段形成的上輪廓線，其曲率半徑的正負，對應其凹凸性。本實用新型中，定義：對於上輪廓線，曲率中心位於主室12內部的曲線段為凸曲線，對應曲率半徑為負；曲率中心位於主室12外部的曲線段為凹曲線，對應曲率半徑為正。所述下輪廓線的凹凸性恰好與上輪廓線相反。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，故不再贅述。
實施例5：
本實施例在實施例3的基礎上做進一步優化，如圖6所示，所述上輪廓與下輪廓沿軸線對稱，所述上輪廓線為僅由多個曲線段組成的樣條曲線，且沿氣流方向依次設置的M、X、Y、Z、N五個節點將樣條曲線分為MX曲線段、XY曲線段、YZ曲線段、ZN曲線段四個光滑過渡的曲線段，M位於駐室入口7且N位於駐室出口8；所述MX曲線段、XY曲線段、YZ曲線段、ZN曲線段構成光滑過渡段；所述MX曲線段的曲率半徑為ρMX，XY曲線段的曲率半徑為ρXY，YZ曲線段的曲率半徑為ρYZ，ZN曲線段的曲率半徑為ρZN，節點M處曲率半徑為ρM，節點N處曲率半徑為ρN，曲率半徑為正時對應凹曲線且曲率半徑為負時對應凸曲線，滿足ρMX＞0、ρXY＜0、ρYZ＜0、ρZN＞0。
如圖6所示，所述ρMX、ρXY、ρYZ、ρZN、ρM、ρN還滿足：|ρMX|≤|ρXY|、ρM＝ρN＝0。當ρM＝ρN＝0、|ρMX|≤|ρXY|時，環境氣體進入主室12較為緩和，氣流穩定。
本實用新型優選上輪廓線、下輪廓線均為樣條線所對應的主室12結構。當然，上輪廓線、下輪廓線也可以是由多個相切連接的圓弧線段組成，作為一種特殊結構，當MX曲線段、XY曲線段、YZ曲線段、ZN曲線段均為圓弧線段，且由此四個曲線段構成的光滑過渡段前後對稱，即ρMX＝ρZN、ρXY＝ρYZ時，環境氣體在主室12中通過時變化較為穩定。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，故不再贅述。
實施例6：
本實施例在實施例4或5的基礎上做進一步優化，如圖7所示，所述XY曲線段與YZ曲線段之間設置調整氣流方向的整流裝置13。如圖8所示，所述整流裝置13整體為薄板狀並設置多個貫穿的、用於氣流穩定通過的整流孔。
所述整流裝置13的設置可以調整進入主室12的環境氣流方向，降低氣流的湍流度。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，故不再贅述。
實施例7：
本實施例在實施例3的基礎上做進一步優化，如圖9所示，所述上輪廓與下輪廓沿軸線對稱，所述上輪廓線為由直線與曲線共同組成的多段線，且沿氣流方向依次設置的P、A、B、C、D、Q六個節點將多段線分為PA曲線段、AB曲線段、BC等直段、CD直線段、DQ直線段五個光滑過渡的線段，P位於駐室入口7且Q位於駐室出口8；所述PA曲線段、AB曲線段構成光滑過渡段；所述PA曲線段的曲率半徑為ρPA，AB曲線段的曲率半徑為ρAB，節點P處曲率半徑為ρP，節點B處曲率半徑為ρB，節點Q處曲率半徑為ρQ，曲率半徑為正時對應凹曲線且曲率半徑為負時對應凸曲線，滿足：ρPA＞0、ρAB＜0、|ρPA|≤|ρAB|、ρP＝ρB＝ρQ＝0。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，故不再贅述。
實施例8：
本實施例在實施例3的基礎上做進一步優化，如圖10所示，所述上輪廓與下輪廓沿軸線對稱，所述上輪廓線為僅有多個光滑過渡的直線段構成的多折線，且沿氣流方向依次設置的R、H、I、J、K、S六個節點將多折線分為RH直線段、HI直線段、IJ直線段、JK直線段、KS直線段五個光滑過渡的直線段，IJ直線段相對於RH直線段或KS直線段遠離駐室入口7或駐室出口8，R位於駐室入口7且S位於駐室出口8。所述IJ直線段為與軸線平行的等直段。所述RH直線段、KS直線段相對於軸線等高，即駐室入口7與駐室出口8開口相等。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，故不再贅述。
實施例9：
本實施例在實施例3的基礎上做進一步優化，所述駐室入口7高度為H1，駐室出口8高度為H2，光滑過渡段跨度為L且光滑過渡段最高點的高度為H3，滿足：H2≤H1、2H1≤H3≤5H1、6.5H1≤L≤7.5H1。
本實用新型所述噪聲抑制裝置安裝在武器艙11開口處上遊位置，噴流口蓋4上開設的噴流出口6位於武器艙11前緣，經過大量多次試驗：當飛行器以亞/跨聲速進行飛行時，亞/跨聲速的環境氣體進入口小腔大的駐室2，形成高壓氣體後從噴流出口6噴出，即可具有較好的降噪效果，不拘泥於駐室2內腔的具體結構；當飛行器以超聲速進行飛行時，超聲速的環境氣體進入口小腔大的駐室2，其降噪效果受主室12內部結構影響較大，當H1、H2、H3滿足H2≤H1、2H1≤H3≤5H1、6.5H1≤L≤7.5H1時，飛行器超聲速飛行狀態下開啟武器艙11時降噪效果較佳。進一步地，當H1、H2、H1滿足H2＜H1、H3＝3.5H1、L＝7H1時，飛行器超聲速飛行狀態下開啟武器艙11時降噪效果最好。
實施例10：
本實施例在實施例1-9任一項的基礎上做進一步優化，如圖2、圖3所示，一種基於環境氣體噴流的武器艙噪聲抑制裝置，包括沿氣流方向連接的進氣管1、口小腔大的駐室2、導流管3和設置噴流出口6的噴流口蓋4，橫截面呈細長矩形的噴流出口6位於武器艙11前緣。如圖2所示，所述進氣管1設置在駐室2的進氣端，且其自身進氣端還設置口大尾小的唇口5，唇口5尾端與駐室入口7一致且光滑過渡，唇口5的開口端其橫截面積大於唇口5的尾端，縱截面呈喇叭狀的唇口5便於收集更多環境氣體進入駐室2。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，故不再贅述。
實施例11：
本實施例在實施例1-10的基礎上做進一步優化，如圖2所示，所述導流管3的出口端設置有螺釘支架9，並通過安裝在螺釘支架9處的螺栓連接件將導流管3與噴流口蓋4固定連接。
為了保證本實用新型的氣密性，連接處可通過增加密封圈緊密連接、無縫焊接等方式保障其氣密性。所述導流管3通過安裝在螺釘支架9處的螺栓連接件與噴流口蓋4固定安裝。所述導流管3的進氣端與駐室出口8匹配，所述導流管3的出氣端與噴流口蓋4上的噴流出口6匹配。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，故不再贅述。
實施例12：
本實施例在實施例1-11的基礎上做進一步優化，如圖2、圖3所示，一種基於環境氣體噴流的武器艙噪聲抑制裝置，包括沿氣流方向氣密連接的進氣管1、口小腔大的駐室2、導流管3和設置噴流出口6的噴流口蓋4，橫截面呈細長矩形的噴流出口6位於武器艙11前緣。
所述噴流口蓋4固定在模型平臺10側壁，噴流出口6與武器艙11的前緣相距1-3mm。經過大量模擬實驗及實際武器艙11操作試驗，噴流出口6與武器艙11的前緣相距2mm時，降噪效果最為明顯。
所述駐室入口7橫截面、駐室出口8橫截面為相等的矩形，長寬比為70:2-4。經過大量模擬實驗及實際武器艙11操作試驗，駐室入口7或駐室出口8尺寸為70:3時，環境氣體進入主室12並轉變為高壓氣體離開主室12時，最為平穩。根據現有飛行器其武器艙11開口處的尺寸，進行匹配選擇，設計駐室入口7或駐室出口8尺寸為長70mm、寬3mm，此時本實用新型整體降噪效果最佳。
如圖2所示，所述進氣管1其進氣端設置口大尾小的唇口5，唇口5其縱截面的輪廓包括曲線ab，且曲線ab為橢圓形的一部分，此處的橢圓形其長軸與短軸之比為8:1，此時環境空氣可平滑的通過進氣管1進入駐室2，有效擴大環境空氣的攝入量。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，故不再贅述。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型做任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本實用新型的保護範圍之內。