[发明专利]旋翼桨叶动态失速等离子体流动控制装置和方法

说明书

公开一种旋翼桨叶动态失速等离子体流动控制装置，包括：直升机(24)；在直升机桨叶(19，20)前缘设置的激励器(1)；桨毂处接线盒内插头：第一插头(7)，第二插头(8)，第三插头(12)；直升机主轴(5)；接线盒(6)；集流环(9)；固定集流环的支架(10)；接地线(11)；电源(13)；控制器(14)；C连引线(15)；B连引线(16)；D连引线(17)；A连引线(18)；第一引线(21)；第二引线(22)。还提供一种旋翼桨叶动态失速等离子体流动控制方法。上述装置和方法采用表面介质阻挡放电等离子体激励，旋翼飞行器桨叶动态失速控制问题，一方面可提高旋翼飞行器的升力或载重，一方面可提高旋翼飞行器的最大前进速度。

技术领域

本发明涉及等离子体气动激励的新概念主动流动控制技术，具体涉及在脉冲介质阻挡放电等离子体气动激励下，一种旋翼飞行器桨叶动态失速流动控制装置及控制方法。

背景技术

作为直升机升力、操纵力和推力的主要提供单元，旋翼系统的技术先进性是衡量直升机性能的重要标志。现实情况是，直升机后退桨叶的动态失速最终限制了直升机的载重和最大飞行速度，而未来新一代直升机对有效载重、航程、最大平飞速度、噪声水平等具有更高的要求，而这些问题都与动态失速的控制有关，动态失速限制了直升机的机动性、敏捷性、速度和载重。

对于静态翼型，吸力面逆压梯度过大导致流体动量难以克服，流动不再随气动表面流动，这一现象被称为分离，进一步增加迎角导致分离加剧，升力降低，阻力和力矩增大。对于俯仰运动的翼型，伴随前缘集中涡结构的形成与脱落，即是动态失速涡。动态失速涡的形成和脱落，推迟了机翼分离的形成，使机翼达到比静态失速迎角更高的迎角下才分离。非定常涡诱导升力有益于旋翼性能，但是伴随而来的是运动到机翼后部的动态失速涡会产生有害的低头力矩。在一定条件下，动态失速涡会导致主流能量交换到机翼，产生不可避免的摆动。因此，理想的流动控制器一方面要保持动态失速涡的增升效果，另一方面避免动态失速涡对桨叶俯仰力矩的严重影响和流场能量向桨叶大量转移。在固定翼上常用的升力控制装置，用在直升机上会更为复杂，它们必须配置在快速旋转的周期运动中。比如前缘缝槽技术可推迟直升机桨叶失速，但是在小迎角会引起前行桨叶的高阻力。另外，直升机旋翼加固合成的结构，可以抵抗高离心力的载荷，而在旋翼上部署任何运动单元都会遭受相应的高载荷。同样，对于旋翼上定常或非定常吹气等流动控制方式，额外的槽和内置腔是会带来旋翼桨叶结构整体性的极大妥协。综上，适合旋翼桨叶的良好的流动控制手段要求新的技术，要求鲁棒性、高效、便于感应失速和控制失速。

目前，在等离子体激励推迟固定翼流动分离上已经开展较多的研究。这种方式结构简单，频带宽，质量轻，适合直升机桨叶大过载下的工作环境。便于实现闭环控制。

发明内容

鉴于高压脉冲DBD等离子体激励在静态翼型分离控制上的突出能力，本发明采取表面脉冲DBD等离子体激励方式改善旋翼桨叶动态失速，提供一种旋翼桨叶动态失速等离子体流动控制装置，其特征在于，包括：直升机24；在直升机桨叶(19，20)前缘设置的激励器1；桨毂处接线盒内插头：第一插头7，第二插头8，第三插头12；直升机主轴5；接线盒6；集流环9；固定集流环的支架10；接地线11；电源13；控制器14；C连引线15；B连引线16；D连引线17；A连引线18；第一引线21；第二引线22；其中

激励器1为表面介质阻挡放电形式的激励器，激励器1布置在直升机桨叶的翼面前缘0～2％弦长范围内，0％对应桨叶的前缘顶点；激励器1与桨毂处接线盒内插头电连接；激励器包括裸露的上表面电极3、绝缘介质层2和覆盖在绝缘介质下的下表面电极4，激励器的下表面电极4和上表面电极3通过导线引至桨毂处接线盒6，与接线盒6内的第一插头7电连接，接线盒6内的转接插头，即第一插头7和第三插头12，与第二插头8相配合且电连接；每片桨叶上均安装有至少一组表面介质阻挡放电激励器1；