[发明专利]低雷诺数条件的等离子体合成射流激励器

说明书

本发明是低雷诺数条件的等离子体合成射流激励器，包括激励器放电腔(4)、激励器缓冲腔(2)、阴极放电电极(6)、阳极放电电极(5)和耐热硅胶。激励器放电腔(4)放置于激励器缓冲腔(2)内，耐热硅胶将阴极放电电极(6)和阳极放电电极(5)固定和密封在激励器放电腔(4)的底部。在放电电极作用下，激励器放电腔(4)内的气体变为高速气体，高速气体通过高速射流孔(3)射出到激励器缓冲腔(2)内，高速气体减速变为低速气体，低速气体通过低速射流孔(1)射出到外界，最终在激励器缓冲腔(2)射出Re不大于10^6的低速气体。本发明结构简单，稳定性好，效率高，体积小。

技术领域

本发明涉及低雷诺数翼面流动的主动流动控制领域，是一种低雷诺数条件的等离子体合成射流激励器。

背景技术

典型翼面的流动控制是航空领域的关键问题，其主要目的是解决流动分离引起的飞行器失速，推迟流动分离并且提高临界攻角是其核心任务。未来战场中，由无人机UAV,(unmanned aerial vehicle)主导的趋势日益突显。并且随着特种作战和城市任务持续缩小UAV尺寸的需求，微型飞行器MAV,(micro aerial vehicle)应运而生。

与传统飞行器相比，UAV或MAV一般尺寸较小或迷你，且飞行速度较低，多表现为低雷诺数飞行特性。因而在常规军事飞机大攻角下非常容易出现的流动分离失速现象，会更容易地发生在UAV和MAV上，极大威胁飞行器安全，严重制约其性能。对于低雷诺数飞行器，研究指出小展弦比翼面更有优势，因为其可以产生涡升力、抑制失速、具备高临界攻角。在此基础上，还可以通过流动控制进一步减少阻力、延缓失速、提高飞行器机动性。

主动流动控制领域中，根据不同类型和功能的激励器，可以划分成多个种类，一是常见的射流控制，使用零质量通量ZNMF(zero Net Mass Flux)，合成射流激励器或其它射流激励器。二是使用移动表面类型的边界层流动控制方法。三是等离子体激励器的流动控制方法，近年来由于其固定式、稳健性和快速反应的性质，成为热点研究方向。

等离子体激励器研究中，目前有三种流行等离子体流动控制激励器形式；

1、阻挡介质放电激励器，在1960年，苏联就率先开展了利用DBD放电控制翼型分离的实验研究，在长达30几年的时间内，关DBD气动激励器在流动控制方面的应用研究一直未有较大的进步。直到1998年，美国罗斯教授通过实验证明DBD放电具有流动控制面积大、消耗功率小等多个优点。这一研究迅速引起了流动控制技术相关人员的高度重视，相继开展了较多深入的探索和研究。DBD等离子体气动激励器目前面临的最大的问题是诱导速度低，动量输入能力较弱，在高速流动控制中极其受限，控制能力不强。

2、表面电弧放电激励器主要是指在主流流过的壁面布置放电电极，直接对主流气体放电，提高主流局部气体的温度。局部气流温度的剧烈升高导致壁面处出现热壅塞，继而出现热鼓包。热鼓包使流经的边界层气流经历一个弱压缩过程，从而达到控制激波形状和流动分离的目的。这种激励器的流动控制能力较强，能量注入较多，多用在激波形状控制、激波边界层干扰控制、超声速流动分离控制等应用场。另一方面，由于产生的高温等离子体不断被气流吹向下游，造成放电不稳定，当地电弧放电激励器的电极烧蚀严重，且形成的电弧易被来流吹灭，电能消耗大。

3、等离子体合成射流激励器(PSJA)是受主动控制的合成射流技术启发形成的一种新方法。该技术方法由美国科学家于2003年创新性地提出，相较其余两种等离子体激励器形式，具有放电稳定、射流速度大、控制能力强、电极寿命长、工作频率可调等优点，成为目前在主动流动控制技术领域的重点关注对象。目前，国内外对等离子体合成射流激励器的效率、射流孔形状对控制效果的影响、放电频率等做了大量研究。其激励器全为高速射流激励器，在低雷诺数条件下无法使用，严重制约离子体合成射流激励器在微飞行器的应用。