滑动放电激励器及其对细长体的等离子体流动控制方法技术

本发明专利技术公开的滑动放电激励器，包括绝缘介质层，绝缘介质层下底面设有下电极层，绝缘介质层上表面设有第一上电极、第二上电极及第三上电极，第一上电极及第三上电极分别位于第二上电极的两侧，第二上电极施加正极性脉冲高电压VNP，第一上电极及第三上电极上分别施加直流高电压VDC1和直流高电压VDC2。本发明专利技术的滑动放电激励器，能产生稳定、均匀的大范围滑动等离子体放电，进而控制细长体大攻角时的非对称涡结构，消除侧向力。其细长体等离子体流动控制方法，通过压力测量或流动显示等测量手段，了解细长体背部绕流在不同流动状态下非对称分离流动的演化特点，根据需求调整激励参数，实现对宽广流动范围的细长体非对称涡的控制。

【技术实现步骤摘要】
滑动放电激励器及其对细长体的等离子体流动控制方法
本专利技术属于空气动力学、等离子体物理和流动控制
，具体涉及一种滑动放电激励器，本专利技术还涉及该滑动放电激励器对细长体的等离子体流动控制方法。
技术介绍
现代高性能战斗机和战术导弹头部通常采用细长体结构减小阻力，为了获得良好的机动性能，要求能够在大攻角甚至过失速条件下机动飞行。但当细长体飞行器大攻角机动飞行时，其绕流流场呈现出复杂的多涡流动现象，流场参数变化迅速，边界层的分离，旋涡的形成、发展和破裂以及不对称涡的产生，导致气动力和力矩出现很强的非定常、非线性特性，最终在大攻角无侧滑状态下产生强度很大、随机出现的侧向力和偏航力矩。此时飞行器的垂尾、平尾和控制舵面均处于机身的湍流尾迹中，不能提供必要的横、侧向控制力和力矩来抵抗随机出现的侧向力和偏航力矩。一旦发生侧滑运动，就会迅速出现横侧向偏离、摇滚振荡、尾旋、下冲等复杂或不可控的飞行现象。飞行器细长体前机身背风区的非对称涡是产生这些随机侧向力的直接原因，侧向力的方向和大小均由这些强度和位置不对称的旋涡决定。因此，迫切需要寻求有效的控制手段抑制细长体非对称涡的生成与发展，控制细长体侧向力和偏航力矩，为提升飞行器大攻角飞行时的操纵性和稳定性提供技术支撑。等离子体流动控制是利用等离子体激励改善气动特性的新概念主动流动控制技术，具有响应时间短、无运动部件、激励频带宽等技术优势，已在机翼增升减阻、压气机扩稳增效和激波特性控制等方面取得重要进展，该技术于2009年被美国航空航天学会列为十项航空前沿技术(第五项)，对于提升军用飞行器气动性能具有重要意义。国际上等离子体流动控制细长体非对称涡的研究始于2003年。在细长体头部施加电弧放电等离子体激励可以改变边界层分离位置，实现对非对称涡结构的控制。但由于电弧放电不稳定，并且产生的高温会烧蚀电极，后续的研究工作转向介质阻挡放电(DielectricBarrierDischarge，简称DBD)等离子体激励。通过在细长体头部两侧对称地施加正弦波高压驱动的DBD激励，验证了其控制细长体侧向力的有效性。进一步通过优化激励器布局和激励参数等措施，实现了在更高来流范围(来流速度5～30m/s、攻角35°～50°)，对细长体侧向力和偏航力矩的近似线性比例控制。综合分析已有工作，正弦波DBD激励控制非对称涡的作用机理主要是诱导边界层加速，增强边界层抵抗逆压梯度的能力，推迟物面分离点的出现，延迟非对称现象的产生。由于正弦波DBD激励诱导边界层加速的速度较低，严重制约了流动控制能力。当来流速度超过30m/s、攻角大于50°时，正弦波DBD激励对非对称分离流动的影响变得非常微弱，几乎没有控制效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种滑动放电激励器，能够控制诱导涡的位置和强度，产生非对称诱导涡，进而控制大攻角时细长体的非对称涡结构，消除侧向力。本专利技术的另一个目的是提供一种滑动放电激励器对细长体的等离子体流动控制方法。本专利技术所采用的技术方案是：滑动放电激励器，包括绝缘介质层，绝缘介质层下底面设有下电极层，绝缘介质层上表面设有第一上电极、第二上电极及第三上电极，第一上电极及第三上电极分别位于第二上电极的两侧，第二上电极施加正极性脉冲高电压VNP，第一上电极及第三上电极上分别施加直流高电压VDC1和直流高电压VDC2。本专利技术的特点还在于：第一上电极及第三上电极以第二上电极为轴线镜像分布。第一上电极、第二上电极及第三上电极为三个相互平行的条状电极。第一上电极、第二上电极及第三上电极的厚度为0.01mm-0.3mm。第一上电极、第二上电极及第三上电极的长度为5cm-200cm，第一上电极、第二上电极及第三上电极的宽度为1mm-10mm，第一上电极的宽度与第三上电极的宽度相等且不大于第二上电极的宽度。绝缘介质层的厚度为0.5mm-3mm，绝缘介质层的材质为聚四氟乙烯，介电常数为2。第二上电极与第一上电极之间的距离为5mm-5cm；第三上电极与第一上电极之间的距离为5mm-5cm。正极性脉冲高电压VNP＝5000V-20000V；直流高电压VDC1＝-15kV～+15kV；直流高电压VDC2＝-15kV～+15kV。第一上电极、第二上电极及第三上电极的材质均为金属铜。本专利技术所采用的另一个技术方案是：滑动放电激励器对细长体的等离子体流动控制方法，采用上述的滑动放电激励器，首先，将滑动放电激励器安装于细长体背部，通过压力测量或流动显示测量手段，确认细长体背部绕流在不同流动状态下非对称分离流动的演化特点；然后，在细长体背部正上方施加等离子体激励，产生三个冲击波，诱导产生两组非对称大尺度旋涡拟序结构，促进分离区内外高、低速气流的动态掺混；激励向细长体背部涡对注入能量、平衡涡对强度的同时，通过展向涡挤压细长体背部涡对向两侧运动，增大涡核间距，削弱涡对之间的相互干扰，延迟流动分离，减弱并抑制非对称现象的出现。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的滑动放电激励器具有结构简单﹑质量轻﹑厚度小﹑功率低等优点，能够产生稳定、均匀的大范围滑动等离子体放电，通过改变电极上施加高电压的极性和强度，可以控制诱导涡的位置和强度，产生非对称诱导涡，进而控制大攻角时细长体的非对称涡结构，消除侧向力；(2)本专利技术的滑动放电激励器对细长体的等离子体流动控制方法的激励强度高、作用区域大、诱导涡对强度可控、诱导合成射流可偏转；(3)本专利技术的滑动放电激励器对细长体的等离子体流动控制方法，改善了传统的操纵舵面的控制效能，大大提升了飞机的飞行性能。附图说明图1是本专利技术滑动放电激励器的结构示意图；图2是实施例中上电极分布图；图3是实施例中下电极分布图。图中，1.第一上电极，2.第二上电极，3.第三上电极，4.绝缘介质层，5.下电极层。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种滑动放电激励器，如图1所示，包括绝缘介质层4，绝缘介质层4下底面设有下电极层5，绝缘介质层4上表面设有第一上电极1、第二上电极2及第三上电极3，第一上电极1及第三上电极3分别位于第二上电极2的两侧，第二上电极2施加正极性脉冲高电压VNP，第一上电极1及第三上电极3上分别施加直流高电压VDC1和直流高电压VDC2。第一上电极1及第三上电极3以第二上电极2为轴线镜像分布。第一上电极1、第二上电极2及第三上电极3为三个相互平行的条状电极。第一上电极1、第二上电极2及第三上电极3的厚度为0.01mm-0.3mm。第一上电极1、第二上电极2及第三上电极3的长度为5cm-200cm，第一上电极1、第二上电极2及第三上电极3的宽度为1mm-10mm，第一上电极1的宽度与第三上电极3的宽度相等且不大于第二上电极2的宽度。绝缘介质层4的厚度为0.5mm-3mm，优选1mm，绝缘介质层4的材质为聚四氟乙烯，优选介电常数为2，但不限于聚四氟乙烯，能满足较小介电常数、抗击穿场强高、耐高温、成本低等条件的其他材料亦可。第二上电极2与第一上电极1之间的距离D1为5mm-5cm，优选D1＝2cm；第三上电极2与第一上电极1之间的距离D2为5mm-5cm，优选D2＝2cm。正极性脉冲高电压VNP为峰峰电压值超过阈值电压5000V的高电压，当电压峰峰值高于一定范围时，激励器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.滑动放电激励器，其特征在于，包括绝缘介质层(4)，所述绝缘介质层(4)下底面设有下电极层(5)，所述绝缘介质层(4)上表面设有第一上电极(1)、第二上电极(2)及第三上电极(3)，所述第一上电极(1)及第三上电极(3)分别位于第二上电极(2)的两侧，所述第二上电极(2)施加正极性脉冲高电压VNP，所述第一上电极(1)及第三上电极(3)上分别施加直流高电压VDC1和直流高电压VDC2。

【技术特征摘要】
1.滑动放电激励器，其特征在于，包括绝缘介质层(4)，所述绝缘介质层(4)下底面设有下电极层(5)，所述绝缘介质层(4)上表面设有第一上电极(1)、第二上电极(2)及第三上电极(3)，所述第一上电极(1)及第三上电极(3)分别位于第二上电极(2)的两侧，所述第二上电极(2)施加正极性脉冲高电压VNP，所述第一上电极(1)及第三上电极(3)上分别施加直流高电压VDC1和直流高电压VDC2。2.如权利要求1所述的滑动放电激励器，其特征在于，所述第一上电极(1)及第三上电极(3)以第二上电极(2)为轴线镜像分布。3.如权利要求1所述的滑动放电激励器，其特征在于，所述第一上电极(1)、第二上电极(2)及第三上电极(3)为三个相互平行的条状电极。4.如权利要求1所述的滑动放电激励器，其特征在于，所述第一上电极(1)、第二上电极(2)及第三上电极(3)的厚度为0.01mm-0.3mm。5.如权利要求3所述的滑动放电激励器，其特征在于，所述第一上电极(1)、第二上电极(2)及第三上电极(3)的长度为5cm-200cm，所述第一上电极(1)、第二上电极(2)及第三上电极(3)的宽度为1mm-10mm，所述第一上电极(1)的宽度与第三上电极(3)的宽度相等且不大于第二上电极(2)的宽度。6.如权利要求1所述的滑动放电激励器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑博睿，葛畅，柯熙政，刘宇坤，魏炜，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61