面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器，自上而下包括高压电极(11)、介质层(13)、低压电极(12)和绝缘基底(14)，高压电极(11)呈交错的网格状，低压电极(12)呈阵列的方块状，每个方块的中心位置与高压电极(11)的每个网格孔眼中心位置对应。本发明专利技术的方格网状等离子体激励器解决了传统流动控制技术加工难度大、成本高、结构复杂和普通等离子体激励器有效减阻风速范围受限等问题。由于所发明专利技术等离子体激励器的激励强度和工作模式由电信号控制，有利于实现不同环境参数的自适应调节，实现智能化。本发明专利技术兼具摩擦减阻和流动分离控制，能够极大提高军用低速无人机的性能，包括防大攻角下失速、扩宽飞行安全边界、提高飞行航程等。提高飞行航程等。提高飞行航程等。
【技术实现步骤摘要】
面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器
[0001]本专利技术涉及等离子体流动控制
，尤其是一种用于湍流边界层摩擦减阻的新构型等离子体激励器。
技术介绍
[0002]增升减阻一直是飞机气动设计的追求。大型运输机和大展弦比无人机在巡航飞行阶段，摩擦阻力占总阻力的比重接近50％。因此，降低摩擦阻力尤其是湍流摩擦阻力可以提高飞机的巡航升阻比，进而降低发动机油耗、提高飞机航程和航时、节约能源消耗。边界层流动减阻控制技术主要分为被动控制和主动控制两种方式。典型流动控制手段有小肋、沟槽、微吹气阵列等。小肋和沟槽作为被动控制技术取得了一定的减阻效果，但其工作范围有限，在高速、高雷诺数流动中沟槽结构尺寸需要往微米量级发展，加工方式愈加复杂，成本由此升高。已有研究表明微吹气阵列于湍流边界层中实现摩擦减阻，但存在供气系统复杂、多孔介质难以维护等问题。等离子体气动激励作为一种新型主动流动控制技术，与另外几种方式相比，具有结构简单、响应迅速、频带宽等优点。
[0003]现有等离子体激励器应用于湍流减阻大致可以分为三类：流向射流、展向射流(CN111465162A，湍流边界层等离子体减阻系统与方法，黄志伟周裕程肖岐欧阳腾)和展向震荡(CN115023017A，一种湍流边界层减阻控制的振荡式放电等离子体激励器，武斌高超严日华郑海波王玉玲)；其基本思路都是通过诱导壁面平行射流来与边界层的近壁流动结构相互作用。虽然三类等离子体激励器都取得了一定的减阻效果，但起作用的来流风速范围大部分都在15m/s以下。要想进一步提升流动控制减阻效果，必须摆脱传统流向/展向等离子体射流减阻的思维范式，设计一种新型等离子体激励器以解决上述技术问题。
[0004]等离子体激励器构型可由不同的电极样式组合而成。绝大多数应用于湍流减阻的构型都如专利CN113068294A、CN115023017A和CN109587920A所记载，高压电极为梳状、条状或丝状，低压电极为长条状矩形面。其他如专利CN112399694A、CN107914865A、CN101511146A、CN111225486A和CN112607032A所记载，高压电极为圆环状、正方形、网状、回形，低压电极为圆环形、矩形。采用常规的电极构型无法实现对壁面产生垂直射流扰动的效果，而方格构型的等离子体激励器能满足需求。类似于方格构型的等离子体激励器在专利CN111432543A、CN111298974A、CN111328955A、CN203554775U和CN108016622A中均有提及。但其中专利CN111432543A、CN111298974A、CN111328955A和CN108016622A主要聚焦于生物医学等离子体处理、等离子体杀菌消毒、飞行器防除冰领域，不适用于湍流摩擦减阻。专利CN203554775U中设计的构型中上下表面电极有重叠，导致激励器的寄生电容大、电源在工作过程中有很大一部分是无功功率消耗，工作效率较低。专利CN108016622A中方格状的应用主要是为了增加单位面积上的等离子体长度、进而提升激励器产热和防冰效果，既不不适用于湍流摩擦减阻，其预期功能也有待验证。表1列出现有技术特点和适用场景。
[0005]表1现有技术特点和适用场景
[0006][0007][0008]有鉴于此，需要对方格网状激励器做出进一步改进，使其更适用于湍流减阻领域。
技术实现思路
[0009]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器，自上而下包括高压电极11、介质层13、低压电极12和绝缘基底14，其中，
[0010]介质层13为矩形薄片；
[0011]高压电极11呈交错的网格状，布置在介质层13的上表面，网格的经线和纬线均为长条状，经线、纬线分别与介质层13的四条边平行，最外层的经线、纬线与介质层13的四条边分别保持一定间距，经线、纬线之间形成若干网格孔眼，所有网格孔眼为正方形；
[0012]低压电极12呈阵列的方块状布置在介质层13的下表面，处在介质层13和绝缘基底14的夹层中，低压电极12除接线处均与空气不接触，每个方块的中心位置与高压电极11的每个网格孔眼中心位置完全对应；低压电极12中每个方块的四个边缘与高压电极条状经纬线的边缘对齐，且两者无重叠，即方块正好填充满网格孔眼；
[0013]绝缘基底14布置在介质层13的底部，其在水平面上的投影与介质层13的投影重合。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，方格网状等离子激励器1的长度和宽度范围为50
‑
500mm；高压电极11的经线、纬线宽度范围为0.5
‑
3mm；低压电极12中每个方块的边长范围为5
‑
20mm；高压电极11和低压电极12的厚度范围为50
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100μm。
[0015]在本专利技术的一个具体实施例中，高压电极11的经线、纬线宽度为1mm；低压电极12中每个方块的边长为10mm高压电极11和低压电极12的厚度为75μm。
[0016]在本专利技术的另一个实施例中，介质层13的材料为聚酰亚胺，通过丙烯酸胶与高压电极11、低压电极12胶合在一起；介质层13的厚度范围为100
‑
250μm；绝缘基底14的厚度为50
‑
200μm。
[0017]在本专利技术的另一个具体实施例中，介质层13的厚度为200μm；绝缘基底14的厚度为100μm。
[0018]上述面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器，通过柔性电路板加工工艺制成。
[0019]还提供一种面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器装置，其基于上述面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器，等离子体电源2的正极与高压电极11相连接，负极与低压电极12共同接地。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，等离子体电源2除了输出定常正弦波外，还能够对输出的正弦电压波形进行调制处理，改变其放电电压、放电频率、脉冲频率、占空比等参数，以实现不同强度的激励或不同频率的垂直射流脉冲激励。
[0021]此外，还提供一种面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器装置的工作过程，其基于上述面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器装置，其中，采用交流正弦波的等离子体电源时，将方格网状等离子激励器1与等离子体电源2相接通后，在网格状高压电极11的经纬线边缘附近形成强电场；空气中少量的自由电子在该电场中加速并与中性例子高速碰撞，将气体分子电离，产生更多的正负离子，从而在两电极之间产生非平衡的放电等离子体区域；带电粒子在电场作用下做定向加速运动，即为等离子体气动激励；激励首先诱导出启动涡，随后演化为近壁射流，由于在方块状低压电极12的四周均布置了高压电极11，故在每个网格孔内部诱导出从四周向中心加速的气流；从剖视图角度看，左右两股气流在中部发生碰撞、融合，进而拱起产生沿法向的垂直射流；数百个网格孔内部的壁面法向射流组合在
一起，即形成等离子体射流阵列；将该等离子体壁面法向射流阵列用在湍流边界层中，能够产生类本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器，自上而下包括高压电极(11)、介质层(13)、低压电极(12)和绝缘基底(14)，其特征在于，介质层(13)为矩形薄片；高压电极(11)呈交错的网格状，布置在介质层(13)的上表面，网格的经线和纬线均为长条状，经线、纬线分别与介质层(13)的四条边平行，最外层的经线、纬线与介质层(13)的四条边分别保持一定间距，经线、纬线之间形成若干网格孔眼，所有网格孔眼为正方形；低压电极(12)呈阵列的方块状布置在介质层(13)的下表面，处在介质层(13)和绝缘基底(14)的夹层中，低压电极(12)除接线处均与空气不接触，每个方块的中心位置与高压电极(11)的每个网格孔眼中心位置完全对应；低压电极(12)中每个方块的四个边缘与高压电极条状经纬线的边缘对齐，且两者无重叠，即方块正好填充满网格孔眼；绝缘基底(14)布置在介质层(13)的底部，其在水平面上的投影与介质层(13)的投影重合。2.如权利要求1所述的面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器，其特征在于，方格网状等离子激励器(1)的长度和宽度范围为50
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500mm；高压电极(11)的经线、纬线宽度范围为0.5
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3mm；低压电极(12)中每个方块的边长范围为5
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20mm；高压电极(11)和低压电极(12)的厚度范围为50
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100μm。3.如权利要求2所述的面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器，其特征在于，等离子激励器(1)高压电极(11)的经线、纬线宽度为1mm；低压电极(12)中每个方块的边长为10mm高压电极(11)和低压电极(12)的厚度为75μm。4.如权利要求1所述的面向湍流减阻的方格网状等离子体激励器，其特征在于，介质层(13)的材料为聚酰亚胺，通过丙烯酸胶与高压电极(11)、低压电极(12)胶合在一起；介质层(13)的厚度范围为100
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250μm；绝缘基底(14)的厚度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：宗豪华，方子淇，吴云，苏志，梁华，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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