适用于尖后缘机翼的等离子体环量控制方法技术

本发明专利技术提出一种适用于尖后缘机翼的等离子环量控制方法，一个或多个等离子体激励器贴附于机翼吸力面靠近后缘处，覆盖电极靠近机翼后缘，另外一个或多个等离子体激励器贴附于机翼压力面靠近后缘的位置，裸露电极接近机翼后缘。在电场力驱动下，贴附于吸力面的等离子体激励器产生指向下游后缘方向的壁面射流，贴附于压力面的等离子体激励器产生指向上游前缘方向的壁面射流。本发明专利技术方法相比吹气式环量控制适用范围更广，可适用于尖后缘机翼，而且所使用的结构简单，易于安装实现，不需要额外的气源，同时可以实现对机翼增升的主动控制，具有巨大的优势和发展潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于尖后缘机翼的等离子体环量控制技术，具体是通过两个或更多等离子体激励器在机翼尖后缘的特殊布置形式，达到修改机翼绕流流动，进行环量控制的目的。
技术介绍
在航空工程领域，增升减阻一直是研究 人员关注的焦点。环量控制就是一种基于流体力学基本现象一“科恩达效应”发展起来的，能够有效增加飞机升力的控制方法。实际应用中环量控制的具体实施方案如图I所示，在机翼的科恩达曲面后缘Ib上部开缝，高压气体从开缝2喷出，加速了曲壁后缘附近的边界层流速。同时，外流受高速吹气气流的诱导作用，机翼绕流的后驻点向下翼面推移，使翼型绕流产生很大的环量，从而获得高升力。从环量控制的航行状态来看，它最有效的时刻是飞机的起飞降落阶段，可以极大缩短飞机的起飞和降落距离。但是环量控制方法在应用往往需要尽可能地增大机翼后缘的曲率半径以获得更大的升力。在飞机巡航阶段，飞机处于稳定飞行状态，不再需要额外增加飞机升力。此时的由于采用钝后缘的机翼反而会带来较大的额外阻力增加，严重影响到了飞机航行的经济型。此外，传统环量控制方法的另一缺陷就是需要一定的移动部件以及足够功率的气源产生射流，这会导致发动机效率下降，同时增加机翼的复杂程度和结构重量，给机翼设计造成困难。但是作为一种高效可靠地增升技术，有必要采用新的控制技术在不损失其控制效果的前提下，解决这一缺陷。作为近年来受到越来越多研究者青睐的等离子体流动控制技术，凭借其无移动部件、响应迅速、质量轻以及功耗小等优点，被用来解决这一问题。应用等离子体激励器进行流动控制已有许多先例，目前研究主要集中在将其布置在机翼上表面靠前的位置，从而达到加速边界层流动，推迟流动分离的效果。
技术实现思路
与现有在机翼上表面靠前的位置布置等离子体激励器的形式完全不同，本专利技术提供了一种非常适合在具有尖后缘的机翼上实现的环量控制方法。本专利技术提出的一种，通过在靠近机翼后缘处的压力面和吸力面各贴附一个或者两个以上的等离子体激励器实现，贴附在同一面的等离子体激励器不重叠。等离子体激励器包括裸露电极、覆盖电极以及绝缘介质，绝缘介质位于两电极之间，覆盖电极所处位置与裸露电极所处位置不重叠，裸露电极和覆盖电极之间施加高压高频正弦交流电源。布置在压力面的每个等离子体激励器该等离子体激励器的裸露电极靠近机翼后缘，覆盖电极位于裸露电极上游。布置在吸力面的每个等离子体激励器该等离子体激励器的覆盖电极靠近机翼后缘，裸露电极位于覆盖电极的上游。通过改变施加在等离子体激励器上的电压，等离子体激励器可以通过选择性的赋能以对机翼后缘附近处的边界层流动进行影响，加速或减速当地边界层流动。施加在等离子体激励器上使其受控并电离附近的空气的正弦交流电压的峰峰值至少约I千伏，频率至少约I千赫兹。本专利技术的等离子体环量控制方法，其优点和积极效果在于I、本专利技术，可以有效增加翼型、机翼、飞机等的升力，可以代替传统的环量控制方法，同时适用于小后缘甚至尖后缘机翼，解决了传统的环量控制方法依赖于科恩达曲面后缘而引起的额外形状阻力增加问题。2、本专利技术，等离子体激励器完全由高压高频电源产生的电场力驱动加速当地边界层流动，而不需要额外的气源，大大的降低了控制系统的复杂程度和结构重量。3、本专利技术，质量轻、装置简单、易于安装、对流场边界层干扰小、功耗小、响应迅速，特别是基于柔性绝缘材料制作形成的等离子·体激励器，可以贴附于任意曲面的表面，提高了该控制方法的适应性。4、本专利技术，可以实现电气化控制，根据需要随时开启和关闭，实现实时主动控制。附图说明图I是采用传统环量控制方法的机翼示意图；图2 Ca)是本专利技术的等离子体环量控制方法在尖后缘机翼上的实现方式示意图；图2 (b)是图2 (a)中I处的局部放大示意图；图3 Ca)是高压高频正弦交流电源处于负半周期时等离子体激励器的放电形式；图3 (b)是高压高频正弦交流电源处于正半周期时等离子体激励器的放电形式；图4 Ca)是无等离子体环量控制时机翼绕流时均速度矢量图；图4 (b)是有等离子体环量控制时机翼绕流时均速度矢量图；图4 (c)是无等离子体环量控制时机翼绕流时均流线图；图4 Cd)是有等离子体环量控制时机翼绕流时均流线图；图4 (e)是有、无等离子体环量控制时机翼绕流时均流向速度剖面对比图，其中空心方块表示了无控制的情况，实心圆圈表示了有控制情况；图5是有、无气等离子体环量控制时机翼升力系数曲线对比图。图中具体标号如下I、机翼；la、机翼前缘；lb、机翼后缘；2、传统环量控制方法开缝；3、等离子体激励器；3a、裸露电极；3b、覆盖电极；3c、绝缘介质；3d、电离空气；3e、壁面射流；3f、电离空气由裸露电极运动到覆盖电极方向；3g、电离空气由覆盖电极运动到裸露电极方向；4、高压高频正弦交流电源；4a、高压高频正弦交流信号处于负半周期时的放电情景；4b、高压高频正弦交流信号处于正半周期时的放电情景；4c、高压高频正弦交流信号；具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提出一种尖后缘机翼的等离子体环量控制方法，是通过等离子体激励器在机翼上的特定布局形式所实现。等离子体激励器分别贴附于靠近机翼后缘压力面和吸力面处，在自由来流条件下，开启等离子体激励器的电源，其在压力面诱导产生的壁面射流与自由来流方向相反；在吸力面诱导产生的壁面射流与自由来流方向相同。从而使得机翼吸力面流场加速，压力面流场减速，亦即增加了整个机翼的环量，从而达到增升的目的。风洞测力实验表明，本专利技术提出的这种基于非对称型的介质阻挡放电等离子体激励器的环量控制方法可以有效增加翼型、机翼和飞机的升力。该环量控制方法可以根据需要随时开启和关闭，很便捷的实现了环量控制的实时主动控制问题。如图2 (a)和图2 (b)所示，本专利技术一种等离子体环量控 制方法，其增升功能主要通过等离子体激励器在机翼I表面特定位置采用特定布局形式实现，本专利技术实施例中以在机翼靠近后缘处的压力面和吸力面各贴附一个等离子体激励器的情形来说明，当在压力面和吸力面各贴附两个以上的等离子体激励器时，布置在压力面的多个等离子体激励器依照布置一个等离子体激励器的情形布置，布置在吸力面的多个等离子体激励器依照布置一个等离子体激励器的情形顺次布置，等离子体激励器均不重叠。每个等离子体激励器3包括裸露电极3a、覆盖电极3b以及绝缘介质3c。等离子体激励器3贴附于机翼I的压力面和吸力面靠近后缘Ib处，压力面激励器裸露电极3a靠近机翼后缘lb，覆盖电极3b位于裸露电极3a上游；吸力面激励器覆盖电极3b靠近机翼后缘Ib，裸露电极3a位于覆盖电极3b上游。每个等离子体激励器3的裸露电极3a和覆盖电极3b之间为阻挡高压高频放电的绝缘介质3c。裸露电极3a和覆盖电极3b分别连接高压高频正弦交流电源4的两个输出端，覆盖电极3b作为参考电势。等离子体激励器3的工作过程为裸露电极3a和覆盖电极3b分别连接高压高频正弦交流电源4的两端，高压高频电压的波形为如图4所示的正弦信号4c。如图3 (a)所示，当高压高频正弦交流信号处于负半周期4a时，亦即裸露电极3a相对覆盖电极3b处于低电势时，高压高频作用使得裸露电极3a附近的空气电离，形成电子3d，如图2所示，在电场力作用下，电子3d在绝缘介质3c表面运动，形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于尖后缘机翼的等离子环量控制方法，其特征在于：在机翼靠近后缘处压力面和吸力面，各贴附一个等离子体激励器，或者各贴附两个以上的等离子体激励器，等离子体激励器不重叠；等离子体激励器包括：裸露电极、覆盖电极以及绝缘介质，绝缘介质位于两电极之间，覆盖电极所处位置与裸露电极所处位置不重叠，裸露电极和覆盖电极之间施加高压高频正弦交流电源；布置在压力面的每个等离子体激励器：该等离子体激励器的裸露电极靠近机翼后缘，覆盖电极位于裸露电极上游；布置在吸力面的每个等离子体激励器：该等离子体激励器的覆盖电极靠近机翼后缘，裸露电极位于覆盖电极的上游。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯立好，王晋军，刘亚光，史涛瑜，崔宏昭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：