專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛機(jī)機(jī)翼超聲速燃燒方法，具體涉及一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法。
背景技術(shù)：
機(jī)翼是飛機(jī)升力的主要來(lái)源。機(jī)翼的升阻比、失速特性等性能對(duì)飛機(jī)的起飛距離、爬升率等任務(wù)性能和巡航經(jīng)濟(jì)性有重要的影響。當(dāng)工作在非設(shè)計(jì)工況時(shí)，機(jī)翼表面流動(dòng)往往會(huì)發(fā)生分離，造成流動(dòng)損失，增大飛行阻力，增加耗油量，降低經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)機(jī)翼表面流動(dòng)分離還直接關(guān)系到飛機(jī)的失速裕度，較大的分離將導(dǎo)致飛機(jī)的穩(wěn)定工作范圍減小，出現(xiàn)失速等現(xiàn)象。為了避免機(jī)翼流動(dòng)分離產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，機(jī)翼流動(dòng)控制是不可或缺的手段。機(jī)翼流動(dòng)控制的目的是控制流動(dòng)分離的位置和程度，減少飛行阻力，以此改善氣動(dòng)性能。傳統(tǒng)的控制方法有襟翼、附面層吹吸裝置等，但在實(shí)際應(yīng)用中存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低且重量大等問(wèn)題。目前最常見(jiàn)的等離子體流動(dòng)控制是基于DBD(表面介質(zhì)阻擋放電方式)激勵(lì)的控制方法，即機(jī)翼表面上分布成對(duì)電極，施加高頻交變電壓或間歇脈沖電壓會(huì)在電極附近形成一定濃度的等離子體。等離子體同時(shí)在激勵(lì)電場(chǎng)作用下獲取一定的動(dòng)量與能量。運(yùn)動(dòng)的等離子體與附面層的中性粒子發(fā)生碰撞作用，將自身能量傳遞給中性粒子，實(shí)現(xiàn)附面層流體的加速；這種流動(dòng)控制方法中，產(chǎn)生等離子體的激勵(lì)源也同時(shí)是加速等離子體(或者加速附面層)的源頭。實(shí)際運(yùn)行中，為獲取更強(qiáng)的附面層加速效果，就需要更高的加速電壓，這勢(shì)必會(huì)引起等離子體激勵(lì)裝置中絕緣介質(zhì)的擊穿破壞；相反，降低激勵(lì)電壓來(lái)減弱加速效果的同時(shí)，等離子體濃度也會(huì)降低、甚至不能保證裝置的可靠運(yùn)行?；贒BD激勵(lì)的控制方法中，等離子體激勵(lì)電場(chǎng)和加速電場(chǎng)之間運(yùn)行需求的不匹配，運(yùn)行自由度低，限制了實(shí)際的工程應(yīng)用效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決DBD激勵(lì)的控制方法中，等離子體激勵(lì)電場(chǎng)和加速電場(chǎng)之間運(yùn)行需求不匹配，造成機(jī)翼附面層分離抑制效果不佳的問(wèn)題，提供一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法。本發(fā)明方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:步驟一、飛機(jī)機(jī)翼由前至后由頭部蒙皮、箱體和尾部蒙皮組成，在尾部蒙皮的壁厚中加工一個(gè)與機(jī)翼進(jìn)氣道的中心線(xiàn)平行的水平孔，在尾部蒙皮的表面附面層分離點(diǎn)后加工一個(gè)與水平孔垂直且相通的徑向通孔，徑向通孔與外部相通，水平孔和徑向通孔的內(nèi)表面均鍍有陶瓷膜；步驟二、水平孔的輸入端與等離子體發(fā)生裝置的出口連接，等離子體發(fā)生裝置的入口與氬氣儲(chǔ)存 罐連接，氬氣儲(chǔ)存罐裝在箱體中，等離子體發(fā)生裝置與高電壓高頻率電源連接；
步驟三、兩個(gè)電極設(shè)置在飛機(jī)機(jī)翼蒙皮的表面上，且兩個(gè)電極分別位于徑向通孔的兩側(cè)；步驟四、等離子體發(fā)生裝置在高電壓高頻率電源激勵(lì)作用下產(chǎn)生的等離子體通過(guò)水平孔和徑向通孔在飛機(jī)機(jī)翼蒙皮表面處噴射產(chǎn)生射流型的等離子體，等離子體的電源電壓為5000V 10000V、頻率為30000Hz 50000Hz，產(chǎn)生等離子體的工作介質(zhì)為氬氣；步驟五、等離子射流在兩個(gè)電極電場(chǎng)的作用下加速，電極的電壓為500V 5000V，加速的等離子體射流通過(guò)與氬氣分子的碰撞向邊界層輸送能量，加速附面層內(nèi)的氣流流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大分離包的吹脫，抑制了機(jī)翼附面層的分離。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):一、本發(fā)明在機(jī)翼內(nèi)設(shè)計(jì)了鍍有陶瓷膜的通道，將機(jī)翼內(nèi)部產(chǎn)生的等離子體導(dǎo)出至機(jī)翼表面，形成集中于機(jī)翼表面附面層的高密度等離子體；二、等離子體在直流電場(chǎng)作用下加速獲取能量，形成定性運(yùn)動(dòng)；三、加速運(yùn)動(dòng)的等離子體與附面層內(nèi)低速流體發(fā)生碰撞、電離湮滅等物理化學(xué)作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)附面層流體的加速，以產(chǎn)生附面層分離抑制和轉(zhuǎn)捩推遲的效果，達(dá)到改善升阻比、降低阻力等目的。四、本發(fā)明中等離子體的激勵(lì)產(chǎn)生和等離子體的加速分別由兩套裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，解決了等離子體激勵(lì)電場(chǎng)和加速電場(chǎng)之間運(yùn)行不匹配問(wèn)題，擴(kuò)展了等離子體抑制流動(dòng)分離的運(yùn)行效果。五、整個(gè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)控制，響應(yīng)迅速，可以滿(mǎn)足運(yùn)行需求。六、本發(fā)明可廣泛用于抑制飛機(jī)機(jī)翼流動(dòng)分離，減少飛行阻力，機(jī)翼的流動(dòng)控制，提升飛行品質(zhì)。


圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
一中步驟一和步驟二的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中標(biāo)記M為氬氣儲(chǔ)存罐)，圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
一中的步驟二里的等離子體發(fā)生裝置2的結(jié)構(gòu)不意圖(圖中標(biāo)記4為堵塞、標(biāo)記5為不鎊鋼管、標(biāo)記6為聞強(qiáng)度石英管、標(biāo)記7為聞電壓高頻率電源)；圖3是兩個(gè)電極3與電源連接的示意圖(圖中標(biāo)記8為加速電場(chǎng)的電源)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1 圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:步驟一、飛機(jī)機(jī)翼由前至后由頭部蒙皮21、箱體11和尾部蒙皮I組成，在尾部蒙皮I的壁厚中加工一個(gè)與機(jī)翼進(jìn)氣道的中心線(xiàn)N-N平行的水平孔1-1，在尾部蒙皮I的表面附面層分離點(diǎn)Q后加工一個(gè)與水平孔1-1垂直且相通的徑向通孔1-2，徑向通孔1-2與外部相通，水平孔1-1和徑向通孔1-2的內(nèi)表面均鍍有陶瓷膜；步驟二、水平孔1-1的輸入端與等離子體發(fā)生裝置2的出口 2-1連接，等離子體發(fā)生裝置2的入口 2-1與氬氣儲(chǔ)存罐M連接，氬氣儲(chǔ)存罐M裝在箱體11中，氬氣儲(chǔ)存罐M給等離子體發(fā)生裝置2提供工作氣體，等離子體發(fā)生裝置2與高電壓高頻率電源7連接；步驟三、兩個(gè)電極3設(shè)置在飛機(jī)機(jī)翼蒙皮I的表面上，且兩個(gè)電極3分別位于徑向通孔1-2的兩側(cè)；步驟四、 等離子體發(fā)生裝置2在高電壓高頻率電源7激勵(lì)作用下產(chǎn)生的等離子體通過(guò)水平孔1-1和徑向通孔1-2在飛機(jī)機(jī)翼蒙皮I表面處噴射產(chǎn)生射流型的等離子體，等離子體的電源電壓為5000V 10000V、頻率為30000Hz 50000Hz，產(chǎn)生等離子體的工作介質(zhì)為氬氣；步驟五、等離子射流在兩個(gè)電極3電場(chǎng)的作用下加速，電極3的電壓為500V 5000V，根據(jù)機(jī)翼測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量的機(jī)翼繞流實(shí)際狀態(tài)調(diào)整激勵(lì)電極3的電壓，加速的等離子體射流通過(guò)與氬氣分子的碰撞向邊界層輸送能量，加速附面層內(nèi)的氣流流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大分離包的吹脫，抑制了機(jī)翼附面層的分離。產(chǎn)生等離子體的激勵(lì)器和加速電場(chǎng)分別由獨(dú)立的電源供電，等離子體激勵(lì)器可以采用較高的放電電壓以滿(mǎn)足所需要的等離子體水平，加速電場(chǎng)的電壓可根據(jù)實(shí)際的工程需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。
具體實(shí)施方式
二:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中的水平孔1-1和徑向通孔1-2的內(nèi)表面陶瓷膜的厚度為0.1mm 0.2_。陶瓷膜實(shí)現(xiàn)了等離子體與壁面間的絕緣作用，且陶瓷膜在等離子體的碰撞下能產(chǎn)生二次電子發(fā)射，有利于等離子體在通孔中的穩(wěn)定傳播。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中的水平孔1-1和徑向通孔1-2的內(nèi)表面陶瓷膜的厚度為0.15_。陶瓷膜實(shí)現(xiàn)了等離子體與壁面間的絕緣作用，且陶瓷膜在等離子體的碰撞下能產(chǎn)生二次電子發(fā)射，有利于等離子體在通孔中的穩(wěn)定傳播。其它步驟 與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟四中的等離子體的電源電壓為5500V、電源頻率為35000Hz。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟四中的等離子體的電源電壓為6000V，電源頻率為40000Hz。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟四中的等離子體的電源電壓為6500V，電源頻率為45000Hz。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟四中的等離子體的電源電壓為7500V，電源頻率為50000Hz。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟四中的等離子體的電源電壓為8000V，電源頻率為40000Hz。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是所述步驟五中的電極3的電壓為1000V。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟五中的電極3的電壓為3000V。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 步驟一、飛機(jī)機(jī)翼由前至后由頭部蒙皮(21)、箱體(11)和尾部蒙皮(I)組成，在尾部蒙皮(I)的壁厚中加工一個(gè)與機(jī)翼進(jìn)氣道的中心線(xiàn)(N-N)平行的水平孔(1-1)，在尾部蒙皮(I)的表面附面層分離點(diǎn)(Q)后加工一個(gè)與水平孔(1-1)垂直且相通的徑向通孔(1-2)，徑向通孔(1-2)與外部相通，水平孔(1-1)和徑向通孔(1-2)的內(nèi)表面均鍍有陶瓷膜； 步驟二、水平孔(1-1)的輸入端與等離子體發(fā)生裝置(2)的出口(2-1)連接，等離子體發(fā)生裝置(2)的入口(2-1)與氬氣儲(chǔ)存罐(M)連接，氬氣儲(chǔ)存罐(M)裝在箱體(11)中，等離子體發(fā)生裝置(2)與高電壓高頻率電源(7)連接； 步驟三、兩個(gè)電極(3設(shè)置在飛機(jī)機(jī)翼蒙皮(I)的表面上，且兩個(gè)電極(3)分別位于徑向通孔(1-2)的兩側(cè)； 步驟四、等離子體發(fā)生裝置(2)在高電壓高頻率電源(7)激勵(lì)作用下產(chǎn)生的等離子體通過(guò)水平孔(1-1)和徑向通孔(1-2)在飛機(jī)機(jī)翼蒙皮(I)表面處噴射產(chǎn)生射流型的等離子體，等離子體的電源電壓為5000V 10000V、頻率為30000Hz 50000Hz，產(chǎn)生等離子體的工作介質(zhì)為氬氣； 步驟五、等離子射流在兩個(gè)電極(3)電場(chǎng)的作用下加速，電極(3)的電壓為500V 5000V，加速的等離子體射流通過(guò)與氬氣分子的碰撞向邊界層輸送能量，加速附面層內(nèi)的氣流流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大分離包的吹脫，抑制了機(jī)翼附面層的分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述步驟一中的水平孔(1-1)和徑向通孔(1-2)的內(nèi)表面陶瓷膜的厚度為0.1mm 0.2mmο·
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述步驟一中的水平孔(1-1)和徑向通孔(1-2)的內(nèi)表面陶瓷膜的厚度為0.15_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述步驟四中的等離子體的電源電壓為5500V、電源頻率為35000Hz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述步驟四中的等離子體的電源電壓為6000V，電源頻率為40000Hz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述步驟四中的等離子體的電源電壓為6500V，電源頻率為45000Hz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述步驟四中的等離子體的電源電壓為7500V，電源頻率為50000Hz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述步驟四中的等離子體的電源電壓為8000V，電源頻率為40000Hz。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述步驟五中的電極(3)的電壓為1000V。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，其特征在于:所述步驟五中的電極(3)的電壓為3000V。
全文摘要
一種基于等離子體激勵(lì)的機(jī)翼附面層分離抑制方法，它涉及一種飛機(jī)機(jī)翼超聲速燃燒方法，以解決DBD激勵(lì)的控制方法中，等離子體激勵(lì)電場(chǎng)和加速電場(chǎng)之間運(yùn)行需求不匹配，造成機(jī)翼附面層分離抑制效果不佳的問(wèn)題。方法一、水平孔和徑向通孔的內(nèi)表面均鍍有陶瓷膜；二、水平孔與等離子體發(fā)生裝置連接，等離子體發(fā)生裝置的入口與外置的氬氣儲(chǔ)存罐連接；三、兩個(gè)電極分別位于徑向通孔的兩側(cè)；四、等離子體發(fā)生裝置在高電壓高頻率電源激勵(lì)作用下產(chǎn)生的等離子體在飛機(jī)機(jī)翼蒙皮表面處噴射產(chǎn)生射流型的等離子體；五、等離子射流在兩個(gè)電極電場(chǎng)的作用下加速附面層內(nèi)的氣流流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大分離包的吹脫，抑制了機(jī)翼附面層分離。本發(fā)明用于抑制飛機(jī)機(jī)翼流動(dòng)分離。
文檔編號(hào)B64C3/36GK103231796SQ201310140268
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者唐井峰, 唐梅, 李楠, 徐敏, 鮑文, 于達(dá)仁 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)