[实用新型]等离子体涡流发生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及涡流发生器，具体涉及一种新型的等离子体涡流发生器，具体是通过一个或多个等离子体激励器诱导射流与主流产生作用形成沿流向旋涡，增强了边界层内部与来流之间的动量交换，从而抑制或延缓流动分离。

背景技术

在航空工程领域，流动分离控制技术一直是研究人员关注的焦点。涡流发生器作为一种常用的控制流动分离方法，通过产生涡，使边界层外主流中高动量的气流与近壁区低动量的气流进行交换或平衡，从而使边界层内部气流动量增加，进而阻止逆压梯度形成的边界层分离。

早期涡流发生器由一排小扰流片组成，如图1所示，这些扰流片3垂直安置在控制体表面1上，并与来流方向2有一定的安装偏角，主流流过绕流片后，产生流向涡。这种固体涡流发生器逐渐被广泛应用于延缓边界层分离，提高机翼升力，减少机身后体阻力，以及消除或延迟亚音速进气道扩压段分离等。然而其作为一种被动流动控制技术，缺点是工作时无法根据不同的实际情况进行调节，效率容易受流动状态变化影响，在非设计状态下会带来额外的阻力或者付出其他的代价。射流型涡流发生器相比于固体涡流发生器，可以通过对多种射流参数人为地改变，进而对不同的流动状态具有更好的适应性，在不需要的时候可以关闭射流，而不会对流动产生任何不良影响。但是，射流涡流发生器最大的缺陷是需要提供足够功率的气源产生射流，其次灰尘、杂物颗粒对射流孔口的堵塞会引起工作效率的下降甚至失效。

发明内容

针对现有固体涡流发生器和射流涡流发生器存在的缺点，本实用新型提出一种等离子体涡流发生器，通过在控制体表面贴附一个或者多个特定布局的等离子体激励器实现，通过调整等离子激励器诱导射流与被控制来流的偏角，生成流向涡，进而实现控制流动分离的目的。

本实用新型提供的等离子体涡流发生器，包括在控制体表面分离区前缘处沿展向贴附的一个以上的等离子体激励器，各等离子体激励器的长向方向与自由来流成夹角θ，夹角θ为0～45度。

等离子体激励器包括三层介质，上层为裸露电极，中间层为绝缘介质，下层为覆盖电极。在等离子体激励器长向上，裸露电极和覆盖电极的长度相同，绝缘介质的长度比裸露电极和覆盖电极的长度长。在等离子体激励器的宽向上，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。

指定自由来流的速度所指方向为下游，相反方向为上游，上游和下游用来表述的是一种位置上的相互关系。各等离子体激励器布置后，裸露电极相对覆盖电极位于上游。

所述的等离子体激励器的布置形式有：（1）每两个等离子体激励器成组对称布置，每组等离子体激励器再等距布置；（2）各等离子体激励器等距布置。

本实用新型的等离子体涡流发生器，其优点和积极效果在于：

1、本实用新型作为一种新型的主动控制涡流发生器，可以有效抑制或延缓边界层流动分离，以及由表面摩擦和逆压梯度形成的边界层厚度增长，可以代替传统的涡流发生器。

2、本实用新型作为一种新型的主动控制涡流发生器，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、本实用新型作为一种新型的主动控制涡流发生器，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、本实用新型作为一种新型的主动控制涡流发生器，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。

5、本实用新型的涡流发生器，可通过改变等离子体激励器电极长度、电极与自由来流偏角、每组等离子体激励器之间的展向距离、施加在等离子体激励器上的电压强度等参数，实现针对不同来流状况合理有效地改善流场结构。

附图说明

图1是传统涡流发生器的安装示意图；

图2（a）是本实用新型的等离子体涡流发生器的一种实现方式示意图；

图2（b）是图2（a）中A截面处的等离子体激励器剖面局部放大示意图；

图3（a）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是本实用新型的等离子体涡流发生器执行非定常控制模式时的脉冲激励信号示意图；

图5（a）是多个等离子体激励器两两成组对称布置形式；

图5（b）是多个等离子体单个等距布置形式；