[发明专利]用于垂直升降飞行器的翼状物、机舱和/或机身上的减阻的等离子体激励器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年10月17日提交的美国申请60/726,648 的优先权，该美国申请的全部内容在此引入作为参考。

关于联邦资助研究的声明

本发明是根据Bell Helicopter Textron Inc.和国防高级研究 项目代理机构(Defense Advanced Research Projects Agency)之间的 协议DABT 63-00-3-001而开发的。

技术领域

本发明涉及使用单介质阻挡放电等离子体激励器用于垂直 升降(VTOL)式空气动力学交通工具的翼状物、机舱和或机/身上的 减阻。

背景技术

飞行器可以包括下述的表面：所述表面具有气流不能循着其 外形的区域。称为所述气流在所述区域从所述表面“分离(separate)”。 气流从表面分离可以导致飞行器的燃料消耗增加；航行速度和/或范围 以及承载能力的减小和/或限制。例如，在象直升机一样垂直起飞然后 改变配置以象普通飞机一样飞行的飞机中，即在倾斜旋翼式飞机中， 在起飞期间气流从翼状物上的旋翼的分离导致对翼状物上升运动的 阻力，也称为向下负载(download)，以及导致倾斜旋翼式飞机的承 载能力以及工作范围的减小。

先前的防止气流分离的尝试包括从位于或靠近气流分离区 域的小孔吹和/或吸空气。在所述表面中形成缝隙，并且从所述缝隙周 期性地排出脉动的气流喷射以防止气流分离。所述喷射由沿着所述表 面以线形阵列设置的音圈基激励器或压电激励器形成。

使用音圈基激励器或压电激励器来防止气流分离需要改变 所述表面的设计以容纳所述激励器。音圈基激励器或压电激励器由于 所述缝隙、激励器和导线而为飞行器增加了重量和费用。而且还难以 针对现有的飞行器改变音圈基激励器或压电激励器。在旋翼叶片上使 用此种激励器需要所述激励器配合在机翼(airfoil)的外形之内。为 了产生空气的喷射，需要某种结构的振动膜，这在对提升元件内的体 积提出要求之外，还导致机身噪音以及振动。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种飞行器，所述飞行器包含： 气流在其上经过的表面。等离子体激励器被配置为在所述表面上方产 生等离子体，所述等离子体将定向的动量(directed momentum)耦 合至所述表面周围的空气，以减小所述气流从所述表面的分离。

根据本发明的另一方面，提供一种减小气流从飞行器的表面 的分离的方法，该方法包括：在没有等离子体存在的情况下所述气流 会从所述表面分离的位置处，在所述表面周围的空气中产生等离子 体。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的实施方式，在所述附图中相同 的标记表示相同的特征，其中：

图1是根据本发明一实施方式的等离子体激励器的弦向 (chordwise)截面的示意图；

图2a和图2b是图1的等离子体激励器在施加的电压波形的 半周期期间的单介质阻挡放电的示意图；

图2c是用于测量来自等离子体激励器的光发射的光电倍增 管装置的示意图；

图2d是作为所施加电压的函数的来自等离子体激励器的光 发射的图示；

图2e是来自等离子体激励器的光发射作为施加的电流的函 数的图示；

图2f是图2e的光发射的更详细的图示；

图2g是由等离子体激励器产生的等离子体的图片；

图2h是作为等离子体激励器的侧向(弦向)距离的函数的 等离子体的第一光(first light)的时刻的图示；

图2i是等离子体激励器的光发射的表面图(surface plot)；

图3是图1的等离子体激励器的电路模式；

图4a和图4b是等离子体的频率和幅值优化的示意性图示；

图5a是施加至等离子体激励器的正和负锯齿电压波形的图 示；

图5b是施加至等离子体激励器的、与图5a的正和负锯齿电 压波形相对应的正和负电流锯齿波形的图示；

图5c是来自等离子体激励器的光发射用于施加的正锯齿电 压波形的情况的图示；

图5d是来自等离子体激励器的光发射用于施加的负锯齿电 压波形的情况的图示；