一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置和方法，装置包括设置在风洞实验段入口的多个阵风发生单元；多个所述阵风发生单元采用等离子体激励射流发生器在所述风洞中产生幅值、频率和形式可控的阵风扰动。本发明专利技术基于等离子体激励实现较大范围均匀的阵风模拟，相较于机械摆动机翼，本发明专利技术的装置响应速度快，可达到机械摆动机翼阵风响应时间的1/20，并且由于取消了摆动机构，对装置的刚度和对风洞洞体结构改造要求大大降低；相较于喷流副翼，本发明专利技术不需要额外的气源，结构简单、维护方便，同时由于采用纯电驱动的方式，运行稳定，便于控制。便于控制。便于控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置和方法


[0001]本专利技术属于风洞实验
，具体涉及一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置和方法。

技术介绍

[0002]对于大展弦比飞机，特别是运输机或民航客机，在飞行中遭遇阵风和大气紊流干扰时，确定其阵风载荷对确保飞行安全具有重要意义，适航标准中也对阵风载荷和响应提出了严格要求；另外大自然中非定常气流也占主导作用，风工程领域经常需要研究阵风/突风对建筑物的影响。这些都需要依靠风洞阵风模拟系统的发展建设，形成具备阵风影响和减弱阵风影响研究的实验条件。
[0003]目前常采用的阵风发生装置主要包含以下几种，机械摆动机翼、喷流副翼和独立小翼段。其中机械摆动机翼的结构简单易于实现，能够实现较大范围的阵风模拟，但由于跨度大和高频摆动，对机构有较高的刚度和动力要求；喷流副翼的控制则较为简单，但是由于需要高压气流和复杂的内流道，维护不便，同时难以在垂直方向上有效模拟阵风；而对于独立小翼段，其对流场的阻塞度影响最小，但是对阵风的模拟范围也最小，同时由于翼段靠近洞壁，会有较大的洞壁干扰，影响模拟能力。

技术实现思路

[0004]为了克服现有阵风发生装置存在的局限，本专利技术提供了一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置。本专利技术基于等离子体激励实现较大范围均匀的阵风模拟。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置，包括设置在风洞实验段入口的多个阵风发生单元；多个所述阵风发生单元采用等离子体激励射流发生器在风洞中产生幅值、频率和形式可控的阵风扰动。
[0006]作为优选实施方式，本专利技术的阵风发生单元包括机翼、等离子体激励射流发生器、电源和函数发生器；其中，所述机翼靠近尾缘位置的上表面和下表面分别设置一个等离子体激励射流发生器；所述等离子体激励射流发生器由各自的电源加载高压电，所述高压电的峰峰值为5kV~20kV；所述函数发生器输出不同波形的驱动信号，用于实现所述等离子体激励射流发生器加载的电源波形、幅值、频率和相位可控。
[0007]作为优选实施方式，本专利技术的等离子体激励射流发生器包括依次层叠设置的高压电极、绝缘介质层和低压电极；所述高压电极与所述电源的高压输出端电连接，所述低压电极与所述电源的低压
输出端电连接同时接地。
[0008]作为优选实施方式，本专利技术的高压电极和低压电极的材料为铜箔；所述绝缘介质层的材料为聚酰亚胺薄膜。
[0009]作为优选实施方式，本专利技术的机翼固定在风洞实验段入口，所述机翼的尾缘为圆形或椭圆形型面。
[0010]作为优选实施方式，本专利技术的电源为交流电源或纳秒脉冲电源。
[0011]作为优选实施方式，本专利技术的函数发生器能够输出正弦波、三角波或锯齿波。
[0012]第二方面，本专利技术提出了基于上述风洞阵风发生装置的实验方法，包括：风洞流场稳定后，对函数发生器进行初始化设置；同步开启所述机翼上表面和下表面的等离子体激励射流发生器；当机翼上表面的等离子体激励射流发生器加载电压大于下表面的等离子体激励射流发生器加载电压时，产生斜指向下洞壁的射流，电压差越大斜向角度越大；当机翼上表面的等离子体激励射流发生器加载电压等于下表面的等离子体激励射流发生器加载电压时，产生从所述机翼尾缘中部出发的顺流向射流；当机翼上表面的等离子体激励射流发生器加载电压小于下表面的等离子体激励射流发生器加载电压时，产生斜指向上洞壁的射流，电压差越大斜向角度越大。
[0013]作为优选实施方式，本专利技术的函数发生器的初始化设置包括函数发生器的输出波形形式、幅值、频率和相位的设置。
[0014]作为优选实施方式，本专利技术中与所述机翼上表面的等离子体激励射流发生器连接的函数发生器输出的波形和与所述机翼下表面的等离子体激励射流发生器连接的函数发生器输出的波形相位差为1/2T，T为信号周期。
[0015]本专利技术具有如下的优点和有益效果：本专利技术通过函数发生器控制等离子体激励射流发生器供电电压波形形式、幅值、频率以及相位，能够实现对风洞实验中阵风形式（正弦、三角、锯齿等）、最大风速、摆动频率的调控，所形成的阵风发生装置可以为飞行器或建筑物等物体的阵风影响或阵风影响抑制实验提供支撑。
[0016]相较于机械摆动机翼，本专利技术的装置响应速度快，可达到机械摆动机翼阵风响应时间的1/20，并且由于取消了摆动机构，对装置的刚度和对风洞洞体结构改造要求大大降低；相较于喷流副翼，本专利技术不需要额外的气源，结构简单、维护方便，同时由于采用纯电驱动的方式，运行稳定，便于控制。
附图说明
[0017]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术实施例的装置整体结构示意图。
[0018]图2为本专利技术实施例的阵风发生单元结构示意图。
[0019]图3为本专利技术实施例的等离子体激励射流发生器结构示意图。
[0020]图4为本专利技术实施例的上翼面射流发生器加载电压大于下翼面射流发生器加载电压时产生的射流示意图。
[0021]图5为本专利技术实施例的上翼面射流发生器加载电压等于下翼面射流发生器加载电压时产生的射流示意图。
[0022]图6为本专利技术实施例的上翼面射流发生器加载电压小于下翼面射流发生器加载电压时产生的射流示意图。
[0023]附图中标记及对应的零部件名称：1 风洞，2 阵风发生单元，2
‑
1 机翼，2
‑
2 上翼面等离子体激励射流发生器，2
‑2‑
1 上翼面高压电极，2
‑2‑
2 上翼面绝缘介质层，2
‑2‑
3 上翼面低压电极，2
‑
3 下翼面等离子体激励射流发生器，2
‑3‑
1 下翼面高压电极，2
‑3‑
2 下翼面绝缘介质层，2
‑3‑
3 下翼面低压电极。
具体实施方式
[0024]在下文中，可在本专利技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所专利技术的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本专利技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
[0025]在本专利技术的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
[0026]在本专利技术的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置，其特征在于，包括设置在风洞实验段入口的多个阵风发生单元；多个所述阵风发生单元采用等离子体激励射流发生器在风洞中产生幅值、频率和形式可控的阵风扰动。2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置，其特征在于，所述阵风发生单元包括机翼、等离子体激励射流发生器、电源和函数发生器；其中，所述机翼靠近尾缘位置的上表面和下表面分别设置一个等离子体激励射流发生器；所述等离子体激励射流发生器由各自的电源加载高压电，所述高压电的峰峰值为5kV~20kV；所述函数发生器输出不同波形的驱动信号，用于实现所述等离子体激励射流发生器加载的电源波形、幅值、频率和相位可控。3.根据权利要求2所述的一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置，其特征在于，所述等离子体激励射流发生器包括依次层叠设置的高压电极、绝缘介质层和低压电极；所述高压电极与所述电源的高压输出端电连接，所述低压电极与所述电源的低压输出端电连接同时接地。4.根据权利要求3所述的一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置，其特征在于，所述高压电极和低压电极的材料为铜箔；所述绝缘介质层的材料为聚酰亚胺薄膜。5.根据权利要求2所述的一种基于等离子体激励的风洞阵风发生装置，其特征在于，所述机翼固定在风洞实验段入口，所述机翼的尾缘为圆形或椭圆形型面。6.根据权利要求2所述的一种基于等离子体激...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，李昌，阳鹏宇，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：