[发明专利]一种基于负压式滑动等离子体放电的减阻装置

说明书

本发明公开的一种基于负压式滑动等离子体放电的减阻装置，包括有安装平板，有安装平板上安装有若干个无间隙阵列排布的等离子体放电单元；等离子体放电单元包括有正六棱管状介质层，沿正六棱管状介质层内壁表面设置有交流电极及脉冲直流电极，交流电极与脉冲直流电极之间所对应的正六棱管状介质层内埋设有掩埋电极，掩埋电极、交流电极及脉冲直流电极均为正六棱管状；安装平板上若干个掩埋电极并联后接地，安装平板上若干个交流电极并联后与交流高压电源连接，安装平板上若干个脉冲直流电极并联后与脉冲高压直流电源连接。该装置能够显著提升流动控制效果，达到湍流减阻的目的。

技术领域

本发明属于等离子体放电设备技术领域，具体涉及一种基于负压式滑动等离子体放电的减阻装置。

背景技术

当今社会随着工业和经济的快速发展，对于化石能源的需求不断增加，碳排放增长迅速。因此，提高产品能源利用率已经成为社会各界广泛关注的热点问题。据相关研究：高亚声速飞机在飞行过程中，约50％的阻力来源于表面湍流摩擦阻力，而阻力的增加无疑增加了燃料的消耗。在飞机的运营成本之中，燃油费用大约占总运营成本的30％。因此，任何表面摩擦阻力的减少都可以极大地节省交通工具的能源消耗，提高产品能源利用率，降低运营成本。

研究表明，湍流摩擦阻力与近壁区的流向涡密切相关，常用的减阻方案是通过破坏近壁面区域流向涡和条带结构的自维持过程，阻碍流向涡的进一步发展和演化，影响流向涡下扫过程中对壁面的摩擦阻力影响。基于此控制原理，目前已发展出了许多减阻方法。按照是否有外部能量输入可以分为被动控制和主动控制。传统的被动控制手段(如涡流发生器、凹槽、小肋等) 已经得到了充分的研究和广泛的应用，在提高飞行器性能方面的潜力有限，较难获得重大突破。此外，被动控制的控制方式是预先确定的，控制效果只能应对一种或几种特定的流场，在真实应用场景中无法达到最佳的控制效果。主动流动控制技术是通过外部能量输入施加一定程度的扰动，与物体表面流场的流动模式相耦合来实现流动控制。主动控制的优势在于可以通过局部的能量输入，在适当的时间和位置，达到对局部或全局流场的改变，进而达到降低湍流摩擦阻力的目的。

基于等离子体激励器的湍流边界层减阻控制是众多主动控制方式的一种，因其结构简单、附加载重小、无复杂机械结构、响应速度快等优点，得到了广泛的研究。目前研究最多的主要是介质阻挡放电等离子体激励器 (DBD)。

虽然DBD有上述诸多优点，但目前仍存在放电区域小、诱导速度低、能效比低、诱导射流方向单一等缺点，限制了它的进一步工程应用。为了进一步提高和改善DBD的性能，各国学者对其介质层材质、激励电参数等进行了优化，其中不乏效果比较好的方案，比如：负脉冲直流放电等离子体激励器和滑动放电等离子体激励器。负脉冲直流放电是在传统DBD的基础上将原有的交流电源换为负脉冲直流电源，能够在非常小能耗的条件下达到非常高的瞬时体积力水平。滑动放电是在传统DBD两电极的基础上，又在裸露电极的另一侧增加了一个直流高压电极，在不显著增加电能消耗的情况下，一定程度上增大诱导射流速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于负压式滑动等离子体放电的减阻装置，融合了滑动放电等离子体激励器和脉冲直流放电等离子体激励器的优点，能够显著提升流动控制效果，达到湍流减阻的目的。

本发明所采用的技术方案是，一种基于负压式滑动等离子体放电的减阻装置，主要用于机翼减阻，包括有安装平板，有安装平板上安装有若干个无间隙阵列排布的等离子体放电单元；等离子体放电单元包括有正六棱管状介质层，沿正六棱管状介质层内壁表面设置有交流电极及脉冲直流电极，交流电极与脉冲直流电极之间所对应的正六棱管状介质层内埋设有掩埋电极，掩埋电极、交流电极及脉冲直流电极均为正六棱管状；安装平板上若干个掩埋电极并联后接地，安装平板上若干个交流电极并联后与交流高压电源连接，安装平板上若干个脉冲直流电极并联后与脉冲高压直流电源连接。

本发明的特征还在于，

正六棱管状介质层的内接圆半径为10mm，厚度为0.5-3mm，长为 40-70mm，材质为聚四氟乙烯；安装平板的材质为绝缘材料。