一种加快机场跑道尾涡消散的方法及其实现装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种加快机场跑道尾涡消散的方法及其实现装置，属于航空安全技术领域。所述方法使用等离子射流激励器阵列，在跑道表面产生沿跑道方向的射流速度，进而诱导出垂直于跑道方向的射流旋涡。该射流旋涡的会在飞机尾涡的诱导作用下运动到飞机尾涡周围并与之干扰，加快飞机尾涡的消散。本发明专利技术通过主动流动控制的方法加快尾涡消散，减轻了飞机尾涡对飞行安全的威胁，缩短了飞机起降间隔；本发明专利技术不需要改变飞机结构，不影响飞行安全和效率；可在已有的机场跑道设施基础上直接改造而成，易于实施。

Method and device for speeding up tail vortex elimination of airport runway

The invention discloses a method for speeding up the tail vortex elimination of an airport runway and a device for realizing the same, belonging to the aviation safety technical field. The method uses a plasma jet actuator array to generate a jet velocity along the runway surface, thereby inducing a jet vortex perpendicular to the runway direction. The jet vortex will move around the wake vortex of the aircraft and interfere with it, thus accelerating the dissipation of the aircraft wake vortex. The active flow control method to speed up the wake vortex, reduces the threat of aircraft wake vortex on flight safety, shorten the aircraft landing intervals; the invention does not need to change the aircraft structure, does not affect the flight safety and efficiency; can directly transform the runway of the airport facilities on the basis of the existing form, easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
一种加快机场跑道尾涡消散的方法及其实现装置
本专利技术属于航空安全
具体涉及一种加快机场跑道尾涡消散的方法及其实现装置，可以应用在繁忙空港跑道以缩短飞机起降间隔。
技术介绍
当今航空运输业发展迅猛，以我国为例，20世纪80年代起，在社会经济高速发展和对外开放事业日益进步的双重推动下，我国航空年吞吐量实现了年均10％以上的增长。吞吐量的增加导致了机场航班起降频次的增加，也导致飞机起降间隔时间越来越短。而大型飞机的尾涡核心区域最大速度甚至会达到360km/h，速度剪切很强，湍流度也很高，两个尾涡之间更是会产生极强的下洗气流，后续的飞机在前机尾涡尚未消散前穿行其中会遭遇到严重的安全隐患，发生飞行高度快速下降、滚转、翻转失控、抖动和发动机停机等安全事故。据目前公开的数据，1983年至2000年,美国交通运输局已记载了60起因尾涡导致的事故,其中27起导致人员死亡,40起导致飞机损伤，而美国交通安全局的纪录则更加的触目惊心，在此期间共记载了116起尾涡导致的事故，其中14起为重大安全事故。为了减轻和预防尾涡的危害，当前世界上航空技术领先的各国主要采取了两种措施：在机翼上施加流动控制技术减弱翼尖涡和限制机场起降间隔。前一种方法需要改造飞机结构，会影响飞行效率且不易实施；后者只是被动等待尾涡自然消散，无法加快其消散过程进而缩短飞机起降间隔，目前也鲜见有采用主动控制手段加快飞机尾涡消散的技术。
技术实现思路
本专利技术为了减小或降低当前飞机尾涡危害，提出了一种通过主动流动控制加快机场跑道尾涡消散的方法，所述方法采用易于布置在跑道表面的等离子体射流激励器阵列，进行主动流动控制以加快跑道上空飞机尾涡的衰减，在不改造飞机结构和不影响飞行效率的前提下提升飞机起降过程中的飞行安全水平，缩短飞机起降间隔，提高机场运营效率。本专利技术提供的一种加快机场跑道尾涡消散的方法，在机场跑道表面沿展向布置等离子体射流激励器阵列，在脉冲电信号的激励下该等离子体射流激励器阵列会产生沿流向的等离子射流，这一等离子射流会在短时间内诱导出一个沿展向分布的射流旋涡，此射流旋涡又会在流向等离子射流的作用下持续增强；与此同时由于飞机尾涡的诱导，此射流旋涡会向上运动并逐渐包绕在飞机尾涡周围，增加飞机尾涡的不稳定性并加快飞机尾涡的消散。所述的每个等离子射流激励器阵列沿跑道展向布置，包括沿展向设置的底座、在底座上沿展向布置的多个等离子射流激励器、外露电极供电电缆、掩埋电极供电电缆、外露电极激励信号接入点和掩埋电极激励信号接入点；所述的等离子射流激励器由绝缘层、硅胶板、外露电极和掩埋电极组成，所述的绝缘层嵌入底座的凹槽中，掩埋电极嵌入在绝缘层的凹槽中，掩埋电极上方覆盖硅胶板实现掩埋电极与空气的绝缘；外露电极粘贴于硅胶板外侧与空气接触，外露电极的高度高于掩埋电极的高度，二者的流向方向不交叠；外露电极的高度高于底座的上表面；所述的外露电极供电电缆将所有等离子射流激励器的外露电极并联后，在外露电极激励信号接入点连接到控制系统，所述的掩埋电极供电电缆将所有等离子射流激励器的掩埋电极并联后，在掩埋电极激励信号接入点连接到控制系统，所述的外露电极和掩埋电极的激励信号由控制系统产生。本专利技术有益效果在于：1、本方法采用等离子射流诱导旋涡的手段可以主动加快尾涡消散，不需要改造飞机，也不必被动等待尾涡的自然消散。2、利用了旋涡动力学的原理，通过增加尾涡的不稳定性来加快其消散，可以用能量较小的射流涡来加快能量较大的尾涡的消散，效率较高，尾涡的消散时间小于50s。3、只需要在已有的机场跑道基础上直接加装厚度为毫米量级的等离子射流激励器，易于实施。并可以根据调整等离子射流激励器的个数和位置，控制飞机尾涡的消散时间。4、等离子射流激励器只需要脉冲电信号的输入，不需要复杂的机械结构，便于控制，可靠性高。附图说明图1是本专利技术的加快机场跑道尾涡消散的方法原理示意图；图2是本专利技术中等离子射流激励器阵列局部(图1中A区)结构示意图；图3是本专利技术的等离子射流激励器阵列局部(图1中A区)俯视图；图4是本专利技术的等离子射流激励器阵列剖面图(图3中C-C方向)；图5是本专利技术的单个等离子射流激励器等轴视图剖去掩埋电极上方的硅胶板示意图；图6是本专利技术的控制系统组成及其与等离子射流激励器连接的示意图；图7是本专利技术在数值模拟实验中加快尾涡消散效果图；图8是本专利技术在数值模拟实验中加快尾涡消散流场图。图中：1、跑道；2、飞机；3、飞机尾涡；4、射流旋涡；5、等离子射流激励器阵列；6、底座；7、绝缘层；8、硅胶板；9、外露电极；10、掩埋电极；11、电阻；12、外露电极供电电缆；13、掩埋电极供电电缆；14、等离子射流激励器；15、等离子射流；16、控制系统；17、外露电极激励信号接入点；18、掩埋电极激励信号接入点。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术提供一种加快机场跑道尾涡消散的方法及其实现装置，所述方法是指，将等离子射流激励器阵列5沿展向(垂直于跑道方向)布置在飞机跑道1上，在脉冲电信号的激励下，该等离子射流激励器阵列5中的等离子射流激励器会在飞机跑道1上产生沿流向的等离子射流15，这一等离子射流15会在短时间内诱导出沿展向分布的射流旋涡4，如图1和图2所示，此射流旋涡4又会在流向等离子射流15的作用下持续增强；由于飞机尾涡3的诱导，此射流旋涡4会向上运动并逐渐包绕在飞机尾涡3周围，增加飞机尾涡3的不稳定性并加快飞机尾涡3的消散。如果该设置有等离子射流激励器阵列5的跑道段会有飞机2滑跑，那么在跑道1中央可能受到飞机2碾压的位置(如图1中用虚线框标示的B区)，可以不布置等离子射流激励器阵列5以避免对飞机滑跑产生影响。在流向(沿跑道方向)上可以布置若干个等离子射流激励器阵列5，如图1所示，在飞机跑道上布置了三个等离子射流激励器阵列5，相邻的两个等离子射流激励器阵列5之间的流向距离d为50～100m。如图2所示，本专利技术的等离子射流激励器阵列5包括沿展向设置的底座6、在底座6上沿展向布置的一系列等离子射流激励器14、外露电极供电电缆12、掩埋电极供电电缆13、外露电极激励信号接入点17和掩埋电极激励信号接入点18。外露电极供电电缆12和掩埋电极供电电缆13分别通过外露电极激励信号接入点17和掩埋电极激励信号接入点18，传导外露电极9和掩埋电极10的激励信号。激励信号由控制系统16产生(见图6)，通过分别接入外露电极供电电缆12和掩埋电极供电电缆13，将激励信号发送到每个等离子射流激励器14，等离子射流激励器14会产生等离子射流15，进而诱导出沿展向旋转的射流旋涡4，该射流旋涡4的典型强度为单个飞机尾涡强度的5％以上。如图3所示，通过俯视图可以看到本专利技术中的等离子射流激励器阵列5的组成部分，包括底座6、在底座6上沿展向布置一系列的等离子射流激励器14，外露电极供电电缆12和掩埋电极供电电缆13、外露电极激励信号接入点17和掩埋电极激励信号接入点18。所述的外露电极供电电缆12将所有等离子射流激励器14的外露电极9并联后，在外露电极激励信号接入点17连接到控制系统16，所述的掩埋电极供电电缆13将所有等离子射流激励器14的掩埋电极10并联后，在掩埋电极激励信号接入点18连接到控制系统16，其位置关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加快机场跑道尾涡消散的方法，其特征在于：所述的方法，在机场跑道表面沿展向布置一个以上等离子体射流激励器阵列，在脉冲电信号的激励下该等离子体射流激励器阵列会产生沿流向的等离子射流，这一等离子射流会诱导出一个沿展向分布的射流旋涡，此射流旋涡又会在流向等离子射流的作用下持续增强；与此同时由于飞机尾涡的诱导，此射流旋涡会向上运动并逐渐包绕在飞机尾涡周围，增加飞机尾涡的不稳定性并加快飞机尾涡的消散。

【技术特征摘要】
1.一种加快机场跑道尾涡消散的方法，其特征在于：所述的方法，在机场跑道表面沿展向布置一个以上等离子体射流激励器阵列，在脉冲电信号的激励下该等离子体射流激励器阵列会产生沿流向的等离子射流，这一等离子射流会诱导出一个沿展向分布的射流旋涡，此射流旋涡又会在流向等离子射流的作用下持续增强；与此同时由于飞机尾涡的诱导，此射流旋涡会向上运动并逐渐包绕在飞机尾涡周围，增加飞机尾涡的不稳定性并加快飞机尾涡的消散。2.根据权利要求1所述的一种加快机场跑道尾涡消散的方法，其特征在于：在飞机跑道上，相邻的两个等离子射流激励器阵列之间的流向距离d为50～100m；如果设置有该等离子射流激励器阵列的跑道段会有飞机滑跑，那么在跑道中央可能受到飞机碾压的位置不布置等离子射流激励器。3.根据权利要求1所述的一种加快机场跑道尾涡消散的方法，其特征在于：所述的等离子射流激励器阵列包括沿展向设置的底座、在底座上沿展向布置的多个等离子射流激励器、外露电极供电电缆、掩埋电极供电电缆、外露电极激励信号接入点和掩埋电极激励信号接入点；所述的等离子射流激励器由绝缘层、硅胶板、外露电极和掩埋电极组成，所述的绝缘层嵌入底座的凹槽中，掩埋电极嵌入在绝缘层的凹槽中，掩埋电极上方覆盖硅胶板实现掩埋电极与空气的绝缘；外露电极粘贴于硅胶板外侧与空气接触，外露电极的高度高于掩埋电极的高度，二者的流向方向不交叠；外露电极的高度高于底座的上表面；所述的外露电极供电电缆将所有等离子射流激励器的外露电极并联后，在外露电极激励信号接入点连接到控制系统，所述的掩埋电极供电电缆将所有等离子射流激励器的掩埋电极并联后，在掩埋电极激励信号接入点连接到控制系统，所述的外露电极和掩埋电极的激励信号由控制系统产生。4.根据权利要求1或3所述的一种加快机场跑道尾涡消散的方法，其特征在于：每一个等离子射流激励器产生的射流旋涡的强度为单个飞机尾涡强度的5％以上。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚平，胡天翔，刘沛清，陈庆民，胡岳，孟令航，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11