專利名稱：電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流動控制裝置，屬于流體控制技術(shù)領(lǐng)域，適用于航空、船舶交通、冶金及化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
渦流發(fā)生器自1947年首次被提出以來，到目前已廣泛應(yīng)用于航空、流體機械、冶金化工、汽車船舶等領(lǐng)域。渦流發(fā)生器實際上是以某一安裝角垂直地安裝在機體表面上的小展弦比小機翼，所以它在迎面氣流中和常規(guī)機翼一樣能產(chǎn)生翼尖潤，由于其展弦比較小，翼尖渦的強度相對較強，這種高能量的翼尖渦與其下游的低能量邊界層流動混合后，就把能量傳遞給邊界層，使處于逆壓梯度中的邊界層流場獲得附加能量后能夠繼續(xù)貼附在機體表面而不致分離。目前，常用的渦流發(fā)生器分為被動型和主動型。被動型中應(yīng)用最廣泛的是固體式的渦流發(fā)生器，此類渦流發(fā)生器安裝在特定位置針對特定情況下可以很好的延緩附面層的分離，起到增升減阻作用，但當(dāng)不存在流動分離的情況下被動式渦流發(fā)生器會增加額外的形阻，也可能會照成其他物質(zhì)附著，如灰塵堆積，更容易積冰，明顯的降低了飛行器的固有性能。主動式潤流發(fā)生器是通常指潤流射管(vortex generator jet),在易產(chǎn)生流動分離區(qū)域前方一定距離處，安裝特定管徑、特定偏航角度(與主流方向間夾角)、特定俯仰角度、特定射流速度(與主流速度比值)的射管，根據(jù)運行情況，可以調(diào)節(jié)渦流射管射流速度，達(dá)到合理利用渦流發(fā)生器控制流動分離的目的。與固體渦流發(fā)生器相比渦流噴管具有實現(xiàn)主動流動控制的潛力?？梢噪S著流動狀態(tài)的變化適時地加以調(diào)整，是一種非常靈活的控制策略，通過調(diào)節(jié)閥門控制誘發(fā)渦的強度，在適當(dāng)?shù)牧鲃訔l件下，當(dāng)分離失速控制不需要實施時只要關(guān)閉噴射管就可以了。采用渦流噴管不會象固體渦流發(fā)生器那樣產(chǎn)生阻力損失。但通常渦流射管需要提供氣源，無疑增加了飛行器或者航空器的重量，減小了飛行器的有效載荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在控制飛行器附面層流動的同時，不產(chǎn)生額外的阻力，不影響飛行器的性能，同時不需要額外的氣源，不增加飛行器的重量的電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:本發(fā)明設(shè)計了一種電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器，所述渦流發(fā)生器由一個絕緣隔熱腔體3構(gòu)成，所述絕緣隔熱腔體3的底部正中位置具有一個開口，所述絕緣隔熱腔體3的頂部正中位置具有一個與水平方向呈傾斜角度Θ的射流出口 1，所述絕緣隔熱腔體3的頂部上表面鋪設(shè)有圓環(huán)狀裸露電極2，所述圓環(huán)狀裸露電極2的圓心與射流出口 I重合，所述底部開口設(shè)置有針尖狀電極4，所述針尖狀電極4由開口部位伸入絕緣隔熱腔體3內(nèi)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu):所述射流出口 I與水平方向的傾斜角度Θ為30°
至 90°。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
1.本發(fā)明通過對空腔內(nèi)空氣的壓縮，產(chǎn)生周期性射流，立體的等離子體渦流發(fā)生器比二維的等離子體產(chǎn)生更高效率的射流，從而對流場的控制效果也更強；
2.本發(fā)明能夠在控制飛行器附面層的同時，不產(chǎn)生額外的阻力，也不影響飛行器的性能，而且也不需要額外的氣源，不增加飛行器的重量；
3.本發(fā)明采用等離子體渦流發(fā)生器，能夠在合適的位置，合適的時間，實現(xiàn)對附面層的主動控制。


圖1為本發(fā)明所設(shè)計的電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器性能參數(shù)示意 圖2為本發(fā)明所設(shè)計的電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器的頂部俯視 圖3為本發(fā)明所設(shè)計的電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器的側(cè)面剖視圖。1-射流出口，2-圓環(huán)狀裸露電極，3-絕緣隔熱腔體，4-針尖狀電極。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖2所示，本發(fā)明設(shè)計了一種電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器，所述渦流發(fā)生器由一個絕緣隔熱腔體3構(gòu)成，所述絕緣隔熱腔體3的底部正中位置具有一個開口，所述絕緣隔熱腔體3的頂部正中位置具有一個與水平方向呈傾斜角度Θ的射流出口 1，所述絕緣隔熱腔體3的頂部上表面鋪設(shè)有圓環(huán)狀裸露電極2，所述圓環(huán)狀裸露電極2的圓心與射流出口 I重合，所述底部開口設(shè)置有針尖狀電極4，所述針尖狀電極4由開口部位伸入絕緣隔熱腔體3內(nèi)。本發(fā)明的工作原理為:絕緣隔熱腔體3底部鋪設(shè)針尖狀電極4作為陽極，頂部鋪設(shè)圓環(huán)狀裸露電極2作為陰極，頂部正中位置具有一個與水平方向呈傾斜角度Θ的射流出口 1，這里的傾斜角度Θ影響渦流對附面層的控制效果，其大小以產(chǎn)生渦的強度能使下游所需范圍的邊界層厚度減薄為準(zhǔn)，傾角Θ太大產(chǎn)生的渦將很快破碎，不能促成整個控制區(qū)域的主流與邊界層內(nèi)流體的動量傳遞，而且對主流干擾加大，傾角Θ太小產(chǎn)生的渦流強度不夠，也不能起到應(yīng)有的作用；
孔徑大小也要影響控制效果，若孔徑太大不僅需要很強的能量來產(chǎn)生等離子體射流，孔徑太小，又對附面層的影響不夠。在陰極和陽極電極之間加入脈沖或交流高壓電源，當(dāng)電壓上升到氣體的擊穿電壓時，陰、陽電極之間形成電弧放電，電弧對絕緣隔熱腔體3內(nèi)的氣體快速加熱，并伴隨溫度升高，絕緣隔熱腔體3內(nèi)壓力急劇增大，從而迫使絕緣隔熱腔體3內(nèi)的氣體高速噴出，可產(chǎn)生高強度的射流，之后絕緣隔熱腔體3內(nèi)的氣壓降低，從而吸入外界空氣，開始下一個射流周期，通過控制孔徑的大小和傾斜角度，形成渦流發(fā)生裝置，等離子體渦流發(fā)生器可以在控制飛行器附面層流動的同時，不產(chǎn)生額外的阻力，也不影響飛行器的性能，而且也不需要額外的氣源，不增加飛行器的重量，采用等離子體渦流發(fā)生器，能夠在合適的位置、時間，實現(xiàn)對附面層流動的主動控制。在具體的實施例中，在頂端圓環(huán)狀裸露電極2和底端針尖狀電極4之間施加高頻直流、交流、脈沖等高壓電，脈沖放電的周期可以從皮秒(Pm)到毫秒(ms)，電壓幅值大于2000 伏。如圖1所示為本發(fā)明所設(shè)計的電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器性能參數(shù)示意圖，在具體的實施例中，射流出口(I)與水平方向的角度Θ根據(jù)實際情況設(shè)定，一般在30° 90°之間(此處θ=α);β角度也可根據(jù)需要可調(diào)，范圍在0° 90°之間。
權(quán)利要求
1.一種電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器，其特征在于:所述渦流發(fā)生器由一個絕緣隔熱腔體(3)構(gòu)成，所述絕緣隔熱腔體(3)的底部正中位置具有一個開口，所述絕緣隔熱腔體(3)的頂部正中位置具有一個與水平方向呈傾斜角度(Θ )的射流出口(1)，所述絕緣隔熱腔體(3)的頂部上表面鋪設(shè)有圓環(huán)狀裸露電極(2)，所述圓環(huán)狀裸露電極(2)的圓心與射流出口(I)重合，所述底部開口設(shè)置有針尖狀電極(4)，所述針尖狀電極(4)由開口部位伸入絕緣隔熱腔體(3)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器，其特征在于:所述射流出口(I)與水平方向的傾斜角度(Θ )為30°至90°。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計了一種電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器，所述渦流發(fā)生器由一個絕緣隔熱腔體3構(gòu)成，所述絕緣隔熱腔體3的底部正中位置具有一個開口，所述絕緣隔熱腔體3的頂部正中位置具有一個與水平方向呈傾斜角度θ的射流出口1，所述絕緣隔熱腔體3的頂部上表面鋪設(shè)有圓環(huán)狀裸露電極2，所述圓環(huán)狀裸露電極2的圓心與射流出口1重合，所述底部開口設(shè)置有針尖狀電極4，所述針尖狀電極4由開口部位伸入絕緣隔熱腔體3內(nèi)；本發(fā)明所設(shè)計的電弧式放電等離子體渦流發(fā)生器能夠在控制飛行器附面層流動的同時，不產(chǎn)生額外的阻力，不影響飛行器的性能，同時不需要額外的氣源，不增加飛行器的重量。
文檔編號B64C23/06GK103104575SQ20131001951
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者史志偉, 杜海, 倪芳原, 董昊, 魏德宸, 耿璽, 程瑞斌 申請人:南京航空航天大學(xué)