[发明专利]基于等离子体壁面射流的气动式格尼襟翼

说明书

技术领域

本发明涉及一种气动式格尼襟翼，具体是由放置于机翼压力面的等离子体激励器诱导产生的壁面射流所实现的气动式格尼襟翼。

背景技术

在航空工程领域，格尼襟翼是一种有效增加飞机升力的装置。如图1所示,通常格尼襟翼2采用扰流片制作形成，垂直贴附于机翼压力面靠近后缘1b处。格尼襟翼高度通常为机翼根弦长的0.5%到3%，却能极大幅度得提高机翼的升力。从格尼襟翼应用的航行状态来看，它最有效的时刻是飞机的起飞降落阶段，可以极大缩短飞机的起飞和降落距离。但是在飞机巡航阶段，由于处于稳定状态，不需要额外增加飞机升力。此时安装格尼襟翼，会带来较大的额外阻力增加，影响到飞机航行的经济型。因此，比较理想的设计方案是实现机械式格尼襟翼的主动可控。但是，为了实现此目的，需要复杂的机械机构，不仅增加了飞机的额外重量，也会降低机翼的疲劳强度。因此，有必要发明能够实现主动性控制的格尼襟翼的新型布局形式及其实现方式。

发明内容

本发明的目的在于：发明一种新型布局的格尼襟翼，以实现对机翼增升的主动控制以及非定常控制。

在说明本发明的气动式格尼襟翼之前，首先确定几个名词的含义：指定绕过机翼的自由来流的速度方向为从机翼前缘方向指向后缘方向，通常机翼在自由来流中存在一定的攻角，攻角在0°到90°之间；指定当地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。

本发明提出的一种基于等离子体壁面射流的气动式格尼襟翼，通过等离子体激励器在机翼上设置特定布局形式实现。等离子体激励器包括：裸露电极、覆盖电极以及绝缘介质，绝缘介质位于两电极之间，用于阻挡高压高频放电。具体等离子体激励器的特定布局形式为：等离子体激励器贴附于机翼压力面靠近机翼后缘处，裸露电极靠近机翼后缘，覆盖电极位于裸露电极上游，覆盖电极所处位置与裸露电极所处位置不重叠；露电极和覆盖电极之间施加高压高频正弦交流电源。

所述的裸露电极和覆盖电极分别接高压高频交流电源的两个输出端，施加在裸露电极和覆盖电极之间的正弦交流电压的峰峰值至少1千伏，频率至少1千赫兹。

所述的等离子体激励器的工作模式包括定常模式和非定常模式。在定常模式下，等离子体激励器一直处于开启状态，通过在裸露电极和覆盖电极之间始终施加高压高频正弦交流电源实现。在非定常模式下，等离子体激励器周期性地开启和关闭，通过在裸露电极和覆盖电极之间施加周期性的高压高频正弦交流电源实现，周期变化频率为机翼尾迹涡脱落的固有频率的半频及倍频。本发明的气动式格尼襟翼，其优点和积极效果在于：

1、本发明基于等离子体壁面射流的气动式格尼襟翼，完全由壁面射流所实现，可以增加翼型、机翼、飞机等的升力，可以代替传统的机械式格尼襟翼，且不需要额外的扰流片改变机翼后缘局部形状。

2、本发明基于等离子体壁面射流的气动式格尼襟翼，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。

3、本发明基于等离子体壁面射流的气动式格尼襟翼，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，解决了机械式格尼襟翼由于不能执行主动控制而引起的额外形状阻力增加问题。

4、本发明基于等离子体壁面射流的气动式格尼襟翼，可以实现对机翼绕流的非定常控制，相比定常控制模式具有更高的效率。

附图说明

图1是安装有机械式格尼襟翼的机翼示意图；

图2是本发明的气动式格尼襟翼在机翼上的实现方式示意图及其局部放大示意图；

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是本发明的气动式格尼襟翼执行非定常控制模式时的脉冲激励信号示意图；

图5（a）是无气动式格尼襟翼控制时机翼绕流时均速度矢量图；

图5（b）是有气动式格尼襟翼控制时机翼绕流时均速度矢量图；

图5（c）是无气动式格尼襟翼控制时机翼绕流时均流线图；

图5（d）是有气动式格尼襟翼控制时机翼绕流时均流线图；

图5（e）是有、无气动式格尼襟翼控制时机翼绕流时均流向速度剖面对比图，其中空心方块表示了无控制的情况，实心圆圈表示了有控制情况；

图6是有、无气动式格尼襟翼控制时机翼升力系数曲线对比图。

图中具体标号如下：