本發(fā)明涉及氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體為一種離子風(fēng)推進(jìn)裝置電極的翼型構(gòu)型。

背景技術(shù)：

1、參考文獻(xiàn)1(xu?h,he?y,strobe?l?kl,et?a?l.f?l?ight?of?anaerop?l?ane?withso?l?idstate?propu?l?s?ion,nature,2018,563532–5.)展示了一種以離子風(fēng)推進(jìn)裝置作為動(dòng)力系統(tǒng)的飛行器，由于離子風(fēng)推進(jìn)裝置不存在旋轉(zhuǎn)部件，因此能夠大幅降低飛行器噪聲與部件磨損。同時(shí)，離子風(fēng)推進(jìn)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)的特點(diǎn)，因此可以作為輕型飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)，降低制造與維護(hù)成本。參考文獻(xiàn)2(涂婧怡，基于電暈放電的離子風(fēng)飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)化及仿真.湖南大學(xué)，2020.)以參考文獻(xiàn)1中的飛行器為研究對(duì)象，對(duì)離子風(fēng)推進(jìn)裝置進(jìn)行了優(yōu)化。參考文獻(xiàn)2中的圖2.1展示了一種典型離子風(fēng)推進(jìn)裝置的剖面圖。離子風(fēng)推進(jìn)裝置的組成部件為帶高壓負(fù)電的導(dǎo)線和接地電極，為了獲得最大速度的離子風(fēng)，接地電極剖面一般為機(jī)翼翼型，翼型弦平面與負(fù)極導(dǎo)線共面。離子風(fēng)推進(jìn)裝置的工作原理為帶高壓負(fù)電的導(dǎo)線在空氣中發(fā)生電暈放電產(chǎn)生等離子體，同時(shí)帶高壓負(fù)電的導(dǎo)線和接地電極之間形成電場，等離子體在電場中由負(fù)極導(dǎo)線向接地電極表面運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中與空氣分子發(fā)生動(dòng)量交換，帶動(dòng)空氣分子向接地電極運(yùn)動(dòng)，形成離子風(fēng)，目前公開文獻(xiàn)中離子風(fēng)的風(fēng)速為3～5m/s。參考文獻(xiàn)2的研究表明，接地電極的外形對(duì)離子風(fēng)推進(jìn)裝置的性能具有重要影響，接地電極的翼型前緣曲率半徑越大，離子風(fēng)推進(jìn)裝置的推力越大。但是接地電極的翼型外形設(shè)計(jì)存在如下挑戰(zhàn)：增加翼型前緣曲率半徑可以增加離子風(fēng)推進(jìn)裝置的推力，但是有可能使翼型的空氣阻力同步增加。因此必須對(duì)接地電極翼型進(jìn)行外形優(yōu)化，使其前緣曲率半徑盡可能大的同時(shí)空氣阻力盡可能小。目前公開文獻(xiàn)中僅有文獻(xiàn)2通過對(duì)比naca翼型庫的翼型進(jìn)行接地電極外形優(yōu)化，且并未考慮阻力影響。文獻(xiàn)2選取的最優(yōu)翼型為naca0016翼型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、以目前公開文獻(xiàn)中的離子風(fēng)推進(jìn)裝置接地電極最優(yōu)翼型naca?0016翼型為初始翼型，通過對(duì)初始翼型進(jìn)行前緣曲率半徑和氣動(dòng)阻力多目標(biāo)優(yōu)化，可以使優(yōu)化后的翼型前緣曲率半徑盡可能大的同時(shí)空氣阻力盡可能小，提高離子風(fēng)推進(jìn)裝置的推力。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種離子風(fēng)推進(jìn)裝置電極的翼型構(gòu)型。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種離子風(fēng)推進(jìn)裝置電極的翼型構(gòu)型，其特征在于，所述的翼型為對(duì)稱翼型，翼型上、下表面的幾何坐標(biāo)控制方程為：

4、

5、其中yu(x)和yd(x)分別為單位翼型的上、下表面幾何坐標(biāo)點(diǎn)的縱坐標(biāo)；x為單位翼型幾何坐標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)；ai為描述翼型幾何的控制參數(shù)。不同的離子風(fēng)風(fēng)速對(duì)應(yīng)不同的最優(yōu)電極翼型幾何，即不同的控制參數(shù)ai。

6、進(jìn)一步的，所述的適用于離子風(fēng)推進(jìn)裝置的離子風(fēng)風(fēng)速為3m/s時(shí)，所述翼型的控制參數(shù)ai為表1所示：

7、表1適用于離子風(fēng)推進(jìn)裝置的離子風(fēng)風(fēng)速為3m/s時(shí)，所述翼型的控制參數(shù)ai

8、 <![cdata[a₁]]> <![cdata[a₂]]> <![cdata[a₃]]> <![cdata[a₄]]> <![cdata[a₅]]> <![cdata[a₆]]> <![cdata[a₇]]> 1.347 0.218 -1.194 -0.454 1.534 0.166 0

9、進(jìn)一步的，所述的適用于離子風(fēng)推進(jìn)裝置的離子風(fēng)風(fēng)速為4m/s時(shí)，所述翼型的控制參數(shù)ai為表2所示：

10、表2適用于離子風(fēng)推進(jìn)裝置的離子風(fēng)風(fēng)速為4m/s時(shí)，所述翼型的控制參數(shù)ai

11、 <![cdata[a₁]]> <![cdata[a₂]]> <![cdata[a₃]]> <![cdata[a₄]]> <![cdata[a₅]]> <![cdata[a₆]]> <![cdata[a₇]]> 2.194 0.604 -1.383 1.055 1.736 1.148 0

12、進(jìn)一步的，所述的適用于離子風(fēng)推進(jìn)裝置的離子風(fēng)風(fēng)速為5m/s時(shí)，所述翼型的控制參數(shù)ai為表3所示：

13、表3適用于離子風(fēng)推進(jìn)裝置的離子風(fēng)風(fēng)速為5m/s時(shí)，所述翼型的控制參數(shù)ai

14、 <![cdata[a₁]]> <![cdata[a₂]]> <![cdata[a₃]]> <![cdata[a₄]]> <![cdata[a₅]]> <![cdata[a₆]]> <![cdata[a₇]]> 2.683 1.188 -0.320 0.924 2.417 1.844 0

15、本技術(shù)的有益效果在于：本技術(shù)的翼型構(gòu)型，相比于目前公開文獻(xiàn)中的離子風(fēng)推進(jìn)裝置接地電極最優(yōu)翼型naca?0016翼型，增加了前緣曲率半徑，同時(shí)空氣阻力盡可能低，空氣阻力小于naca?0016翼型。本技術(shù)的翼型構(gòu)型為離子風(fēng)推進(jìn)裝置的電極外形選型提供了新的參考。

16、以下結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本技術(shù)做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。