專利名稱：介質(zhì)阻擋放電等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)阻擋放電(DBD)等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器，所采 用的等離子體激勵(lì)器基于表面介質(zhì)阻擋放電(DBD)的原理，在射頻電源激勵(lì)下， 等離子激勵(lì)器形成法向的零質(zhì)量射流，達(dá)到和機(jī)械式零質(zhì)量射流激勵(lì)器相同的 流動(dòng)控制的目的，而且該等離子激勵(lì)器具有頻響范圍寬、響應(yīng)迅速、無移動(dòng)部 件、重量輕、功耗小等諸多優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
零質(zhì)量射流自20世紀(jì)90年代作為一項(xiàng)主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用以來，由于其 具有結(jié)構(gòu)緊湊，無需氣源管道等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，短時(shí)間就引起了眾多研究者的廣 泛關(guān)注，成為目前流體力學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。零質(zhì)量射流已經(jīng)應(yīng)用在控制圓柱 尾跡、翼面流動(dòng)分離以及在MAV/UAV上。
零質(zhì)量射流通常采用活塞或壓電薄膜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)吹/吸氣體，在狹小孔口 外形成一系列渦環(huán)/對(duì)(圓形孔口形成渦環(huán)、二維狹縫形成渦對(duì))，這些渦環(huán)/對(duì)在 向外擴(kuò)展的過程中相互融合形成一種動(dòng)量射流(見圖l)。其主要的工作原理是， 在吹氣過程中，空腔流體在活塞或壓電薄膜(la)的壓縮下在孔口外形成渦環(huán)/ 對(duì)(lb)，并在它們自身誘導(dǎo)作用下向遠(yuǎn)離孔口方向運(yùn)動(dòng)；而在吸氣過程內(nèi)，渦 環(huán)/對(duì)距離孔口較遠(yuǎn)而不會(huì)被吸入到孔口中。因此零質(zhì)量射流具有僅對(duì)外輸出 動(dòng)量而輸出質(zhì)量為零的顯著特征。與傳統(tǒng)的吸/吹氣流動(dòng)控制相比，零質(zhì)量射 流具有無需額外氣源、無需移動(dòng)部件的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使得其兼?zhèn)淞私Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、 重量輕、成本低、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此受到了眾多研究者的廣泛關(guān)注。
但是這種機(jī)械式零質(zhì)量射流激勵(lì)器頻響范圍比較小，反應(yīng)慢。而DBD等離 子體零質(zhì)量射流^[勵(lì)器不僅具有和機(jī)械式零質(zhì)量射流激勵(lì)器相同的功能，而且 頻響范圍大(0 kHz),反應(yīng)快。并且，等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器完全由電子 設(shè)備組成，具有無移動(dòng)部件、響應(yīng)迅速、重量輕、功耗小以及數(shù)值模型簡(jiǎn)單等
3優(yōu)點(diǎn)，近年來在流動(dòng)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。特別值得一提的是，基于柔性電 極的等離子體激勵(lì)器具有很強(qiáng)外形適應(yīng)能力，可以方便的設(shè)置在飛行器任意位 置，這是目前其它所有激勵(lì)方式都無法企及的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種介質(zhì)阻擋放電等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器，以 解決機(jī)械式零質(zhì)量射流激勵(lì)器頻響范圍窄，反應(yīng)慢的缺點(diǎn)。
本發(fā)明是一種介質(zhì)阻擋放電等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器(圖3)，所采用的 等離子體激勵(lì)器基于表面介質(zhì)阻擋放電(DBD)的原理。該等離子體零質(zhì)量射流 激勵(lì)器由一對(duì)條形等離子激勵(lì)器或者平行相對(duì)放置的多個(gè)條形等離子激勵(lì)器構(gòu) 成的等離子激勵(lì)器柵(二維)(圖3a)組成；或者該等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì) 器由單個(gè)環(huán)狀等離子激勵(lì)器或者同心放置的多個(gè)環(huán)狀等離子激勵(lì)器構(gòu)成的等離 子體激勵(lì)器柵(三維)(圖3c)組成。所述的等離子體激勵(lì)器由兩個(gè)非對(duì)稱放 置的電極組成， 一個(gè)電極(陰極)(3a、 3e)直接暴露在空氣中，而另一個(gè)電極
(陽(yáng)極)(3b、 3f)被埋設(shè)在絕緣介質(zhì)(2c)中。所述的等離子激勵(lì)器的電極用 金屬薄片制成，如銅片或鋁片，其尺寸可根據(jù)應(yīng)用的具體情況確定。所述的等 離子激勵(lì)器的絕緣介質(zhì)為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂；或者柔性絕緣材料如聚酰亞 胺薄膜(Kapton)、特氟龍(Teflon)絕緣材料；絕緣介質(zhì)若采用聚酰亞胺薄膜
(Kapton)或特氟龍(Teflon)等，等離子激勵(lì)器采用粘貼的方式做成；絕緣 介質(zhì)若采用聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂等，等離子激勵(lì)器采用印刷電路板的方式做 成。
在射頻電源激勵(lì)(2g)下，激勵(lì)器向內(nèi)側(cè)/中心吹氣。定常激勵(lì)下形成法向 射流，非定常激勵(lì)下形成渦環(huán)(3d) /渦對(duì)(3c)(圖3b、 d)。若改變^L勵(lì)方向， 向外側(cè)吹氣，此零質(zhì)量射流裝置成為一種吸氣裝置。
本發(fā)明是一種介質(zhì)阻擋放電等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器，其優(yōu)點(diǎn)及功效在 于本發(fā)明不僅具有和機(jī)械式零質(zhì)量射流激勵(lì)器相同的功能，而且頻響范圍大
(0 kHz)，反應(yīng)快。并且，等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器完全由電子設(shè)備組成， 具有無移動(dòng)部件、響應(yīng)迅速、重量輕、功耗小以及數(shù)值模型簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為機(jī)械式零質(zhì)量射流激勵(lì)器示意圖。
圖2為單個(gè)非對(duì)稱電極介質(zhì)阻擋放電(SDBD)等離子體激勵(lì)器示意圖。 圖3(a)為條形(二維)等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器的電極布置 圖3(b)為條形(二維)等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器產(chǎn)生的渦對(duì) 圖3(c)環(huán)狀(三維)等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器的電極布置 圖3(d)環(huán)狀(三維)等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器產(chǎn)生的渦環(huán) 圖中具體標(biāo)號(hào)如下
la壓電驅(qū)動(dòng)器 lb機(jī)械式零質(zhì)量射流激勵(lì)器形成的渦環(huán)/對(duì)
2a電極(陰極) 2b電極(陽(yáng)極) 2c絕緣介質(zhì)
2d等離子 2f壁面射流 2g射頻電源 2h誘導(dǎo)流體
3a條狀裸露電極 3b條狀埋置電極 3c渦對(duì) 3d渦環(huán)
3f環(huán)狀裸露電極(陰極) 3g環(huán)狀埋置電極(陽(yáng)極)
具體實(shí)施例方式
一種介質(zhì)阻擋放電等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器(圖3)，所采用的等離子體 激勵(lì)器基于表面介質(zhì)阻擋放電(DBD)的原理。單個(gè)等離子激勵(lì)器(如圖2)工 作原理為，常溫常壓下，在射頻電源(2g)激勵(lì)下，就會(huì)在與陽(yáng)極(2b)附近 區(qū)域產(chǎn)生等離子(2d)，驅(qū)動(dòng)周圍流體運(yùn)動(dòng)。對(duì)等離子體激勵(lì)器誘導(dǎo)流場(chǎng)的測(cè)速 實(shí)驗(yàn)表明，等離子體激勵(lì)器最主要的作用是向周圍流體中輸入動(dòng)量，并吸附外 部流體(2h)，在等離子體激勵(lì)器下游形成壁面射流(2f)。
該等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器由一對(duì)條形等離子激勵(lì)器或者平行相對(duì)放置 的多個(gè)條形等離子^[勵(lì)器構(gòu)成的等離子激勵(lì)器柵(二維)(圖3a)組成；或者 該等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器由單個(gè)環(huán)狀等離子激勵(lì)器或者同心放置的多個(gè)環(huán) 狀等離子激勵(lì)器構(gòu)成的等離子體激勵(lì)器柵(三維)(圖3c)組成。所述的單個(gè) 等離子體激勵(lì)器由兩個(gè)非對(duì)稱放置的電極組成， 一個(gè)電極(陰極)(3a、 3e)直 接暴露在空氣中，而另一個(gè)電極(陽(yáng)極)(3b、 3f)被埋設(shè)在絕緣介質(zhì)(2c)中。 所述的等離子激勵(lì)器的電極用金屬薄片制成，如銅片或鋁片，其尺寸可根據(jù)應(yīng) 用的具體情況確定。所述的等離子激勵(lì)器的絕緣介質(zhì)為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂;
5或者柔性絕緣材料如聚酰亞胺薄膜(Kapton)、特氟龍(Teflon)絕緣材料；絕 緣介質(zhì)若采用聚酰亞胺薄膜(Kapton)或特氟龍(Teflon)等，等離子激勵(lì)器 采用粘貼的方式做成；絕緣介質(zhì)若采用聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂等，等離子激勵(lì) 器采用印刷電路板的方式做成。尺寸根據(jù)需要確定。
如圖3所示，在電極之間施加高頻(kHz)高壓(kV)的激勵(lì)，電壓的波 形可以采用正弦，矩形，三角形等多種波形。在埋置電極的上表面產(chǎn)生等離子， 等離子驅(qū)動(dòng)周圍流體運(yùn)動(dòng)。非定常激勵(lì)時(shí)，對(duì)二維條狀激勵(lì)器，誘導(dǎo)流體向內(nèi) 側(cè)流動(dòng)，在壁面法向處產(chǎn)生渦對(duì)；對(duì)三維環(huán)狀激勵(lì)器，誘導(dǎo)流體向中心流動(dòng)， 在壁面法向產(chǎn)生渦環(huán)。該激勵(lì)器可以代替機(jī)械式零質(zhì)量射流激勵(lì)器的作用。定 常激勵(lì)時(shí)，產(chǎn)生垂直于壁面的法向射流。如果向外吹氣，等離子體零質(zhì)量射流 激勵(lì)器成為一種吸氣裝置。
權(quán)利要求
1、一種介質(zhì)阻擋放電等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器，其特征在于所述的等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器由一對(duì)相對(duì)放置的條形等離子激勵(lì)器或者平行相對(duì)放置的多個(gè)條形等離子激勵(lì)器構(gòu)成的二維的等離子激勵(lì)器柵組成，向內(nèi)吹氣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器，其特征在于所述的等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器由單個(gè)環(huán)狀等離子激勵(lì)器或者同心放置的多個(gè)環(huán)狀等離子激勵(lì)器構(gòu)成的三維等離子體激勵(lì)器柵組成，向中心吹氣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的介質(zhì)阻擋放電等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器，其特征在于所述的等離子體激勵(lì)器由兩個(gè)非對(duì)稱放置的電極組成， 一個(gè)電極——陰極直接暴露在空氣中，而另一個(gè)電極——陽(yáng)極被埋設(shè)在絕緣介質(zhì)中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體格尼襟翼，其特征在于所述的電極用金屬薄片制成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體格尼襟翼，其特征在于所述的絕緣介質(zhì)為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂；或者柔性絕緣材料——聚酰亞胺薄膜或特氟龍。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的等離子體格尼襟翼，其特征在于若絕緣材料采用聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂，所述的等離子激勵(lì)器采用印刷電路板的方式做成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的等離子體格尼襟翼，其特征在于若絕緣材料釆用柔性絕緣材料——聚酰亞胺薄膜或特氟龍，所述的等離子激勵(lì)器采用粘貼的方式做成。
全文摘要
一種介質(zhì)阻擋放電等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器，該等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器由一對(duì)相對(duì)放置的條形等離子激勵(lì)器或者平行相對(duì)放置的多個(gè)條形等離子激勵(lì)器構(gòu)成的等離子激勵(lì)器柵組成；或者該等離子體零質(zhì)量射流激勵(lì)器由單個(gè)環(huán)狀等離子激勵(lì)器或者同心放置的多個(gè)環(huán)狀等離子激勵(lì)器構(gòu)成的等離子體激勵(lì)器柵組成。所述的等離子體激勵(lì)器由兩個(gè)非對(duì)稱放置的電極組成，一個(gè)電極(陰極)直接暴露在空氣中，另一個(gè)電極(陽(yáng)極)被埋設(shè)在絕緣介質(zhì)中。所述的等離子激勵(lì)器的電極用金屬薄片制成，所述的等離子激勵(lì)器的絕緣介質(zhì)為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂；或者柔性絕緣材料如聚酰亞胺薄膜、特氟龍絕緣材料；等離子激勵(lì)器采用粘貼的方式做成或者采用印刷電路板的方式做成。
文檔編號(hào)H05H1/46GK101511146SQ20091008099
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者劉愛兵, 張攀峰, 王晉軍 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)