[發明專利]滑動放電激勵器及其對細長體的等離子體流動控制方法

在審

• 申請號: 201711458256.7
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108235553A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 鄭博睿;葛暢;柯熙政;劉宇坤;魏煒
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;B64C13/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 胡燕恒

本發明公開的滑動放電激勵器，包括絕緣介質層，絕緣介質層下底面設有下電極層，絕緣介質層上表面設有第一上電極、第二上電極及第三上電極，第一上電極及第三上電極分別位于第二上電極的兩側，第二上電極施加正極性脈沖高電壓V_NP，第一上電極及第三上電極上分別施加直流高電壓V_DC1和直流高電壓V_DC2。本發明的滑動放電激勵器，能產生穩定、均勻的大范圍滑動等離子體放電，進而控制細長體大攻角時的非對稱渦結構，消除側向力。其細長體等離子體流動控制方法，通過壓力測量或流動顯示等測量手段，了解細長體背部繞流在不同流動狀態下非對稱分離流動的演化特點，根據需求調整激勵參數，實現對寬廣流動范圍的細長體非對稱渦的控制。

技術領域

本發明屬于空氣動力學、等離子體物理和流動控制技術領域，具體涉及一種滑動放電激勵器，本發明還涉及該滑動放電激勵器對細長體的等離子體流動控制方法。

背景技術

現代高性能戰斗機和戰術導彈頭部通常采用細長體結構減小阻力，為了獲得良好的機動性能，要求能夠在大攻角甚至過失速條件下機動飛行。但當細長體飛行器大攻角機動飛行時，其繞流流場呈現出復雜的多渦流動現象，流場參數變化迅速，邊界層的分離，旋渦的形成、發展和破裂以及不對稱渦的產生，導致氣動力和力矩出現很強的非定常、非線性特性，最終在大攻角無側滑狀態下產生強度很大、隨機出現的側向力和偏航力矩。此時飛行器的垂尾、平尾和控制舵面均處于機身的湍流尾跡中，不能提供必要的橫、側向控制力和力矩來抵抗隨機出現的側向力和偏航力矩。一旦發生側滑運動，就會迅速出現橫側向偏離、搖滾振蕩、尾旋、下沖等復雜或不可控的飛行現象。飛行器細長體前機身背風區的非對稱渦是產生這些隨機側向力的直接原因，側向力的方向和大小均由這些強度和位置不對稱的旋渦決定。因此，迫切需要尋求有效的控制手段抑制細長體非對稱渦的生成與發展，控制細長體側向力和偏航力矩，為提升飛行器大攻角飛行時的操縱性和穩定性提供技術支撐。

等離子體流動控制是利用等離子體激勵改善氣動特性的新概念主動流動控制技術，具有響應時間短、無運動部件、激勵頻帶寬等技術優勢，已在機翼增升減阻、壓氣機擴穩增效和激波特性控制等方面取得重要進展，該技術于2009年被美國航空航天學會列為十項航空前沿技術(第五項)，對于提升軍用飛行器氣動性能具有重要意義。國際上等離子體流動控制細長體非對稱渦的研究始于2003年。在細長體頭部施加電弧放電等離子體激勵可以改變邊界層分離位置，實現對非對稱渦結構的控制。但由于電弧放電不穩定，并且產生的高溫會燒蝕電極，后續的研究工作轉向介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge，簡稱DBD)等離子體激勵。

通過在細長體頭部兩側對稱地施加正弦波高壓驅動的DBD激勵，驗證了其控制細長體側向力的有效性。進一步通過優化激勵器布局和激勵參數等措施，實現了在更高來流范圍(來流速度5～30m/s、攻角35°～50°)，對細長體側向力和偏航力矩的近似線性比例控制。綜合分析已有工作，正弦波DBD激勵控制非對稱渦的作用機理主要是誘導邊界層加速，增強邊界層抵抗逆壓梯度的能力，推遲物面分離點的出現，延遲非對稱現象的產生。由于正弦波DBD激勵誘導邊界層加速的速度較低，嚴重制約了流動控制能力。當來流速度超過30m/s、攻角大于50°時，正弦波DBD激勵對非對稱分離流動的影響變得非常微弱，幾乎沒有控制效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種滑動放電激勵器，能夠控制誘導渦的位置和強度，產生非對稱誘導渦，進而控制大攻角時細長體的非對稱渦結構，消除側向力。

本發明的另一個目的是提供一種滑動放電激勵器對細長體的等離子體流動控制方法。

本發明所采用的技術方案是：滑動放電激勵器，包括絕緣介質層，絕緣介質層下底面設有下電極層，絕緣介質層上表面設有第一上電極、第二上電極及第三上電極，第一上電極及第三上電極分別位于第二上電極的兩側，第二上電極施加正極性脈沖高電壓V_NP，第一上電極及第三上電極上分別施加直流高電壓V_DC1和直流高電壓V_DC2。