[發(fā)明專利]低雷諾數(shù)條件的等離子體合成射流激勵(lì)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811532947.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109618481B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李彪;周德力;蔡偉華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H05H1/30
• 分類號(hào): H05H1/30;B64C23/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明是低雷諾數(shù)條件的等離子體合成射流激勵(lì)器，包括激勵(lì)器放電腔(4)、激勵(lì)器緩沖腔(2)、陰極放電電極(6)、陽(yáng)極放電電極(5)和耐熱硅膠。激勵(lì)器放電腔(4)放置于激勵(lì)器緩沖腔(2)內(nèi)，耐熱硅膠將陰極放電電極(6)和陽(yáng)極放電電極(5)固定和密封在激勵(lì)器放電腔(4)的底部。在放電電極作用下，激勵(lì)器放電腔(4)內(nèi)的氣體變?yōu)楦咚贇怏w，高速氣體通過(guò)高速射流孔(3)射出到激勵(lì)器緩沖腔(2)內(nèi)，高速氣體減速變?yōu)榈退贇怏w，低速氣體通過(guò)低速射流孔(1)射出到外界，最終在激勵(lì)器緩沖腔(2)射出Re不大于10^6的低速氣體。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，效率高，體積小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低雷諾數(shù)翼面流動(dòng)的主動(dòng)流動(dòng)控制領(lǐng)域，是一種低雷諾數(shù)條件的等離子體合成射流激勵(lì)器。

背景技術(shù)

典型翼面的流動(dòng)控制是航空領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題，其主要目的是解決流動(dòng)分離引起的飛行器失速，推遲流動(dòng)分離并且提高臨界攻角是其核心任務(wù)。未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)中，由無(wú)人機(jī)UAV,(unmanned aerial vehicle)主導(dǎo)的趨勢(shì)日益突顯。并且隨著特種作戰(zhàn)和城市任務(wù)持續(xù)縮小UAV尺寸的需求，微型飛行器MAV,(micro aerial vehicle)應(yīng)運(yùn)而生。

與傳統(tǒng)飛行器相比，UAV或MAV一般尺寸較小或迷你，且飛行速度較低，多表現(xiàn)為低雷諾數(shù)飛行特性。因而在常規(guī)軍事飛機(jī)大攻角下非常容易出現(xiàn)的流動(dòng)分離失速現(xiàn)象，會(huì)更容易地發(fā)生在UAV和MAV上，極大威脅飛行器安全，嚴(yán)重制約其性能。對(duì)于低雷諾數(shù)飛行器，研究指出小展弦比翼面更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠淇梢援a(chǎn)生渦升力、抑制失速、具備高臨界攻角。在此基礎(chǔ)上，還可以通過(guò)流動(dòng)控制進(jìn)一步減少阻力、延緩失速、提高飛行器機(jī)動(dòng)性。

主動(dòng)流動(dòng)控制領(lǐng)域中，根據(jù)不同類型和功能的激勵(lì)器，可以劃分成多個(gè)種類，一是常見(jiàn)的射流控制，使用零質(zhì)量通量ZNMF(zero Net Mass Flux)，合成射流激勵(lì)器或其它射流激勵(lì)器。二是使用移動(dòng)表面類型的邊界層流動(dòng)控制方法。三是等離子體激勵(lì)器的流動(dòng)控制方法，近年來(lái)由于其固定式、穩(wěn)健性和快速反應(yīng)的性質(zhì)，成為熱點(diǎn)研究方向。

等離子體激勵(lì)器研究中，目前有三種流行等離子體流動(dòng)控制激勵(lì)器形式；

1、阻擋介質(zhì)放電激勵(lì)器，在1960年，蘇聯(lián)就率先開(kāi)展了利用DBD放電控制翼型分離的實(shí)驗(yàn)研究，在長(zhǎng)達(dá)30幾年的時(shí)間內(nèi)，關(guān)DBD氣動(dòng)激勵(lì)器在流動(dòng)控制方面的應(yīng)用研究一直未有較大的進(jìn)步。直到1998年，美國(guó)羅斯教授通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明DBD放電具有流動(dòng)控制面積大、消耗功率小等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這一研究迅速引起了流動(dòng)控制技術(shù)相關(guān)人員的高度重視，相繼開(kāi)展了較多深入的探索和研究。DBD等離子體氣動(dòng)激勵(lì)器目前面臨的最大的問(wèn)題是誘導(dǎo)速度低，動(dòng)量輸入能力較弱，在高速流動(dòng)控制中極其受限，控制能力不強(qiáng)。

2、表面電弧放電激勵(lì)器主要是指在主流流過(guò)的壁面布置放電電極，直接對(duì)主流氣體放電，提高主流局部氣體的溫度。局部氣流溫度的劇烈升高導(dǎo)致壁面處出現(xiàn)熱壅塞，繼而出現(xiàn)熱鼓包。熱鼓包使流經(jīng)的邊界層氣流經(jīng)歷一個(gè)弱壓縮過(guò)程，從而達(dá)到控制激波形狀和流動(dòng)分離的目的。這種激勵(lì)器的流動(dòng)控制能力較強(qiáng)，能量注入較多，多用在激波形狀控制、激波邊界層干擾控制、超聲速流動(dòng)分離控制等應(yīng)用場(chǎng)。另一方面，由于產(chǎn)生的高溫等離子體不斷被氣流吹向下游，造成放電不穩(wěn)定，當(dāng)?shù)仉娀》烹娂?lì)器的電極燒蝕嚴(yán)重，且形成的電弧易被來(lái)流吹滅，電能消耗大。

3、等離子體合成射流激勵(lì)器(PSJA)是受主動(dòng)控制的合成射流技術(shù)啟發(fā)形成的一種新方法。該技術(shù)方法由美國(guó)科學(xué)家于2003年創(chuàng)新性地提出，相較其余兩種等離子體激勵(lì)器形式，具有放電穩(wěn)定、射流速度大、控制能力強(qiáng)、電極壽命長(zhǎng)、工作頻率可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，成為目前在主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)等離子體合成射流激勵(lì)器的效率、射流孔形狀對(duì)控制效果的影響、放電頻率等做了大量研究。其激勵(lì)器全為高速射流激勵(lì)器，在低雷諾數(shù)條件下無(wú)法使用，嚴(yán)重制約離子體合成射流激勵(lì)器在微飛行器的應(yīng)用。