[发明专利]一种多尺度流动控制的减摩阻装置及制造方法

权利要求书

1.一种多尺度流动控制的减摩阻装置，其特征在于，所述减摩阻装置包括：条状等离子体涡流发生器和沟槽壁面；

条状等离子体涡流发生器和沟槽壁面的数量相同且均至少为一个；条状等离子体涡流发生器与沟槽壁面依次沿流向交替排列，具体包括：在条状等离子体涡流发生器的绝缘介质层的前后缘分别制作一个深度等于沟槽壁面中沟槽底部厚度的阶梯状凹槽；将加工好的沟槽壁面前缘覆盖于条状等离子体涡流发生器后缘的阶梯状凹槽上；

所述条状等离子体涡流发生器用于形成沿展向排布的流向涡阵列，降低湍流边界层内大尺度结构不规则流动行为引起的壁面摩阻；

所述沟槽壁面用于降低湍流边界层内近壁小尺度流动结构引起的壁面摩阻。

2.根据权利要求1所述的多尺度流动控制的减摩阻装置，其特征在于，

在法向上，条状等离子体涡流发生器与沟槽壁面布置于同一固壁面高度上；在流向上，条状等离子体涡流发生器布置于气流的上游，沟槽壁面布置于气流的下游，沟槽壁面前缘紧贴条状等离子体涡流发生器后缘；在展向上，条状等离子体涡流发生器与沟槽壁面的展向宽度一致。

3.根据权利要求1所述的多尺度流动控制的减摩阻装置，其特征在于，所述条状等离子体涡流发生器包括：绝缘介质层、多条上电极和多条下电极；

多条下电极均设置于绝缘介质层内部，多条下电极沿展向依次均匀排布；多条上电极位于绝缘介质层上；

多条上电极和多条下电极的长边均平行于流向，多条上电极和多条下电极沿展向依次交替排布，相邻上电极的间距与下电极的宽度相等，下电极位于相邻上电极之间区域的正下方；

多条上电极和多条下电极用于形成电场，在形成的电场作用下使相邻上电极之间的近壁面气体形成展向对吹射流，并在来流的作用下形成一对反向排列的流向涡，多条上电极共同作用构成沿展向排布的流向涡阵列。

4.根据权利要求3所述的多尺度流动控制的减摩阻装置，其特征在于，所述条状等离子体涡流发生器还包括：上公共电极、下公共电极、交流电源和电压测量装置；

绝缘介质层的前缘设置沿展向延伸的上公共电极，绝缘介质层的后缘设置沿展向延伸的下公共电极；

多条上电极均与上公共电极连接，多条下电极均与下公共电极连接；上公共电极和下公共电极分别连接交流电源的两端；电压测量装置的两端分别与上公共电极和下公共电极连接。

5.根据权利要求4所述的多尺度流动控制的减摩阻装置，其特征在于，所述沟槽壁面为由多个沿流向延伸并沿展向依次排列的沟槽形成的壁面结构。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的减摩阻装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

分别确定条状等离子体涡流发生器和沟槽壁面的几何参数；

根据条状等离子体涡流发生器的几何参数，制造条状等离子体涡流发生器；

根据沟槽壁面的几何参数，使用聚二甲基硅氧烷聚合物翻模工艺制造沟槽壁面；

将加工好的条状等离子体涡流发生器与沟槽壁面依次沿流向交替排列，构成减摩阻装置，具体包括：在条状等离子体涡流发生器的绝缘介质层的前后缘分别制作一个深度等于沟槽壁面中沟槽底部厚度的阶梯状凹槽；将加工好的沟槽壁面前缘覆盖于条状等离子体涡流发生器后缘的阶梯状凹槽上。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述分别确定条状等离子体涡流发生器和沟槽壁面的几何参数，具体包括：

利用公式λ＝200v/u_τ，确定条状等离子体涡流发生器中相邻上电极的间距；式中，λ为相邻上电极的间距，v为运动粘性系数，u_τ为壁面摩擦速度；

利用公式s＝h＝15v/u_τ，确定沟槽壁面的沟槽宽度和沟槽深度；式中，s为沟槽宽度，h为沟槽深度。