[實用新型]等離子體渦流發(fā)生器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320196757.3
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN203222109U
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮立好;王晉軍;史濤瑜;劉亞光
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C23/06
• 分類號: B64C23/06;F15D1/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及渦流發(fā)生器，具體涉及一種新型的等離子體渦流發(fā)生器，具體是通過一個或多個等離子體激勵器誘導射流與主流產(chǎn)生作用形成沿流向旋渦，增強了邊界層內(nèi)部與來流之間的動量交換，從而抑制或延緩流動分離。

背景技術(shù)

在航空工程領(lǐng)域，流動分離控制技術(shù)一直是研究人員關(guān)注的焦點。渦流發(fā)生器作為一種常用的控制流動分離方法，通過產(chǎn)生渦，使邊界層外主流中高動量的氣流與近壁區(qū)低動量的氣流進行交換或平衡，從而使邊界層內(nèi)部氣流動量增加，進而阻止逆壓梯度形成的邊界層分離。

早期渦流發(fā)生器由一排小擾流片組成，如圖1所示，這些擾流片3垂直安置在控制體表面1上，并與來流方向2有一定的安裝偏角，主流流過繞流片后，產(chǎn)生流向渦。這種固體渦流發(fā)生器逐漸被廣泛應(yīng)用于延緩邊界層分離，提高機翼升力，減少機身后體阻力，以及消除或延遲亞音速進氣道擴壓段分離等。然而其作為一種被動流動控制技術(shù)，缺點是工作時無法根據(jù)不同的實際情況進行調(diào)節(jié)，效率容易受流動狀態(tài)變化影響，在非設(shè)計狀態(tài)下會帶來額外的阻力或者付出其他的代價。射流型渦流發(fā)生器相比于固體渦流發(fā)生器，可以通過對多種射流參數(shù)人為地改變，進而對不同的流動狀態(tài)具有更好的適應(yīng)性，在不需要的時候可以關(guān)閉射流，而不會對流動產(chǎn)生任何不良影響。但是，射流渦流發(fā)生器最大的缺陷是需要提供足夠功率的氣源產(chǎn)生射流，其次灰塵、雜物顆粒對射流孔口的堵塞會引起工作效率的下降甚至失效。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有固體渦流發(fā)生器和射流渦流發(fā)生器存在的缺點，本實用新型提出一種等離子體渦流發(fā)生器，通過在控制體表面貼附一個或者多個特定布局的等離子體激勵器實現(xiàn)，通過調(diào)整等離子激勵器誘導射流與被控制來流的偏角，生成流向渦，進而實現(xiàn)控制流動分離的目的。

本實用新型提供的等離子體渦流發(fā)生器，包括在控制體表面分離區(qū)前緣處沿展向貼附的一個以上的等離子體激勵器，各等離子體激勵器的長向方向與自由來流成夾角θ，夾角θ為0～45度。

等離子體激勵器包括三層介質(zhì)，上層為裸露電極，中間層為絕緣介質(zhì)，下層為覆蓋電極。在等離子體激勵器長向上，裸露電極和覆蓋電極的長度相同，絕緣介質(zhì)的長度比裸露電極和覆蓋電極的長度長。在等離子體激勵器的寬向上，覆蓋電極所處位置與裸露電極所處位置不重疊。裸露電極和覆蓋電極之間施加高壓高頻正弦交流電源。

指定自由來流的速度所指方向為下游，相反方向為上游，上游和下游用來表述的是一種位置上的相互關(guān)系。各等離子體激勵器布置后，裸露電極相對覆蓋電極位于上游。

所述的等離子體激勵器的布置形式有：（1）每兩個等離子體激勵器成組對稱布置，每組等離子體激勵器再等距布置；（2）各等離子體激勵器等距布置。

本實用新型的等離子體渦流發(fā)生器，其優(yōu)點和積極效果在于：

1、本實用新型作為一種新型的主動控制渦流發(fā)生器，可以有效抑制或延緩邊界層流動分離，以及由表面摩擦和逆壓梯度形成的邊界層厚度增長，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的渦流發(fā)生器。

2、本實用新型作為一種新型的主動控制渦流發(fā)生器，等離子體激勵器完全由高壓高頻電源產(chǎn)生的電場力驅(qū)動加速當?shù)剡吔鐚恿鲃樱恍枰~外的氣源，大大的降低了控制系統(tǒng)的復雜程度和結(jié)構(gòu)重量。

3、本實用新型作為一種新型的主動控制渦流發(fā)生器，質(zhì)量輕、裝置簡單、易于安裝、對流場邊界層干擾小、功耗小、響應(yīng)迅速，特別是基于柔性絕緣材料制作形成的等離子體激勵器，可以貼附于任意曲面的表面，提高了該控制方法的適應(yīng)性。

4、本實用新型作為一種新型的主動控制渦流發(fā)生器，可以實現(xiàn)電氣化控制，根據(jù)需要隨時開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)實時主動控制。

5、本實用新型的渦流發(fā)生器，可通過改變等離子體激勵器電極長度、電極與自由來流偏角、每組等離子體激勵器之間的展向距離、施加在等離子體激勵器上的電壓強度等參數(shù)，實現(xiàn)針對不同來流狀況合理有效地改善流場結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)渦流發(fā)生器的安裝示意圖；

圖2（a）是本實用新型的等離子體渦流發(fā)生器的一種實現(xiàn)方式示意圖；

圖2（b）是圖2（a）中A截面處的等離子體激勵器剖面局部放大示意圖；

圖3（a）是高壓高頻正弦交流電源處于負半周期時等離子體激勵器的放電形式；

圖3（b）是高壓高頻正弦交流電源處于正半周期時等離子體激勵器的放電形式；

圖4是本實用新型的等離子體渦流發(fā)生器執(zhí)行非定常控制模式時的脈沖激勵信號示意圖；

圖5（a）是多個等離子體激勵器兩兩成組對稱布置形式；

圖5（b）是多個等離子體單個等距布置形式；