介質阻擋放電等離子體激勵器及系統的製作方法

2023-05-20 19:40:01 2

介質阻擋放電等離子體激勵器及系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種介質阻擋放電等離子體激勵器及系統，屬於等離子體激勵器領域，為解決現有裝置壁面射流速度低的問題而設計。本實用新型介質阻擋放電等離子體激勵器至少包括介質體、設置在介質體表面的第一電極、以及設置在介質體內部的第二電極和第三電極；第一電極、第二電極和第三電極相互平行；第一電極與第二電極之間能產生高密度等離子體，第三電極用於提升壁面射流速度。本實用新型介質阻擋放電等離子體激勵器系統包括至少兩組相同的上述的激勵器。本實用新型介質阻擋放電等離子體激勵器及系統對等離子體產生和氣動激勵既進行獨立控制又有機統一，提升等離子體激勵器流動控制性能。適用範圍廣，尤其適用於機翼/發動機流動控制領域。
【專利說明】介質阻擋放電等離子體激勵器及系統

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種介質阻擋放電等離子體激勵器以及由至少兩個相同的該激 勵器組成的介質阻擋放電等離子體激勵器系統。

【背景技術】
[0002] 介質阻擋放電等離子體激勵器是一種前沿的主動流體控制技術，可以有效提升機 翼和動力裝置的氣動特性，達到增升/減阻的目的。
[0003] 現有介質阻擋放電等離子體激勵器的基本單元的主要結構是雙電極單段式介質 阻擋放電結構。具體的，包括平行布置的兩條金屬電極，一條電極埋入在絕緣性能良好的電 介質內部，該電極接地；另一條電極布置在絕緣材料表面，裸露在環境大氣之中，通過該電 極輸入交流高壓。兩條電極之間的空氣放電，在絕緣介質表面產生低溫等離子體。
[0004] 這種雙電極單段式介質阻擋放電等離子體激勵器所產生的壁面射流的速度較低， 難於應用於機翼的流動控制。雖然提高輸入電壓可以提升壁面射流的速度，但過高的輸入 電壓會影響絕緣介質的性能和壽命，甚至破壞激勵器。 實用新型內容
[0005] 基於【背景技術】存在的上述技術問題，本實用新型提出了一種介質阻擋放電等離子 體激勵器，該激勵器能夠有效提升壁面射流速度、提升激勵器性能及壽命。具體方案如下：
[0006] -種介質阻擋放電等離子體激勵器，所述激勵器至少包括介質體，設置在所述介 質體表面的第一電極、以及設置在所述介質體內部的第二電極和第三電極；所述第一電極、 第二電極和第三電極相互平行；第一電極與第二電極之間的間距為第一間距dl，第二電極 與第三電極之間的間距為第二間距d2 ;所述第一電極與所述第二電極之間能產生高密度 等離子體，所述第三電極用於提升壁面射流速度。
[0007] 特別是，所述間距dl小於所述間距d2。
[0008] 特別是，所述第一電極的寬度wl <所述第二電極的寬度w2 <所述第三電極的寬 度w3。
[0009] 特別是，所述介質體為絕緣材料；第一電極、第二電極和第三電極由金屬製成。
[0010] 特別是，所述第一電極和所述第三電極接至同一交流電壓源；所述第二電極接地。 [0011] 特別是，所述第一電極接至第一交流電壓源，所述第三電極接至第二交流電壓源， 所述第一交流電壓源和所述第二交流電壓源頻率相同、相位相反；所述第二電極接地。
[0012] 特別是，所述第一電極接至第一交流電壓源，所述第三電極接至第二交流電壓源， 所述第一交流電壓源的頻率高於所述第二交流電壓源的頻率，所述第二電極接地。
[0013] 另一方面，本實用新型採用以下技術方案：
[0014] 一種介質阻擋放電等離子體激勵器系統，所述系統包括至少兩組相同的上述的激 勵器。
[0015] 本實用新型介質阻擋放電等離子體激勵器在介質體的表面和內部相互平行地設 置有三條電極，形成三電極兩段式結構，對等離子體產生和氣動激勵既進行獨立控制又有 機統一，提升了等離子體激勵器流動控制性能。優化了激勵器的控制參數，獲得更高的壁面 射流速度，提高氣動激勵效果，更有效地進行流動控制。適用範圍廣，尤其適用於機翼/發 動機流動控制領域。
[0016] 本實用新型介質阻擋放電等離子體激勵器系統包括至少兩組相同的上述的激勵 器，可以誘導更高的壁面射流速度，獲得更好的流動控制效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是優選實施例一提供的介質阻擋放電等離子體激勵器的結構示意圖。
[0018] 圖中標記為：
[0019] 1、介質體；2、等離子體；11、第一電極；12、第二電極；13、第三電極。

【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖並通過【具體實施方式】來進一步說明本實用新型的技術方案。
[0021] 優選實施例一：
[0022] 本優選實施例提供一種介質阻擋放電等離子體激勵器。如圖1所示，激勵器至少 包括由絕緣材料製成的介質體1、設置在介質體1表面的第一電極11、以及設置在介質體1 內部的第二電極12和第三電極13。第一電極11、第二電極12和第三電極13相互平行。 在第一電極11與第二電極12之間的高頻高壓交流電作用下氣體放電產生高密度等離子 體，等離子體中的離子在第三電極13形成的強切向電場作用下獲得切向速度，離子通過碰 撞將能量傳遞給氣體分子，從而提升壁面射流速度。上述高密度等離子體優選為密度高於 10 12cm 3。
[0023] 其中，第一電極11和第二電極12構成第一段，第二電極12和第三電極13構成第 二段，總體形成三電極兩段式介質阻擋放電等離子體激勵器，提升了等離子體激勵器流動 控制性能。
[0024] 為了有效產生等離子體2,在激勵器的第一段中，第一電極11和第二電極12之間 的間距dl取值較小，間距dl=0-2mm，優選0. 5mm、1mm和1. 2mm。為了提高激勵器的氣動激 勵效果、能承受較高電壓幅值並獲得更大的切向電場強度，在激勵器的第二段中，第二電極 12和第三電極13之間的間距d2大於間距dl，間距d2=5_8mm,優選5. 5mm、6mm、6· 5mm、7mm 和 7. 5mm η
[0025] 第一電極11的寬度wl彡第二電極12的寬度w2 <第三電極13的寬度w3 ;寬度 w1 =1 -5mm,寬度 w2=l_5mm，寬度 w3=5_10mm。
[0026] 介質體1的材料優選使用耐高壓的絕緣材料，更優選為聚醯亞胺（Polyimide PI)，它具有相對介電常數較小（ε^3.4)、抗擊穿場強高（276kV/mm)、耐高溫（300°C)等優 點。由於聚醯亞胺的抗擊穿場強很高，覆蓋在第二電極12和第三電極13上的介質厚度h E 可以較小，hE=0. 1-0. 3mm，優選 0· 2mm。
[0027] 第一電極11、第二電極12和第三電極13由銅製成。但電極的材質不限於銅，能滿 足導電性能良好、二次電子發射係數高、熱傳導性好、成本低等條件的其它材料亦可。
[0028] 第一電極11、第二電極12和第三電極13的長度L=10-200cm ;第一電極11、第二 電極12和第三電極13的厚度he=0. 01-0. 3mm。
[0029] 電源配置方式：採用單電源配置方式，電源輸出極性為正負極性的交流高壓電，第 一電極11和第三電極13接至該交流電壓源；第二電極12接地。此時在激勵器的第一段和 第二段分別形成頻率相同、相位相反的交流高壓。
[0030] 該電源配置方式的激勵器結構簡單、效率高。因激勵器兩段電壓同步反相，第一段 中產生的電荷可以同步地從第二段的切向電場獲得動量從而產生氣動激勵，提高了能量耦 合效率。
[0031] 優選實施例二：
[0032] 本優選實施例提供一種介質阻擋放電等離子體激勵器，其結構與優選實施例一基 本相同。激勵器至少包括由絕緣材料製成的介質體、設置在介質體表面的第一電極、以及設 置在介質體內部的第二電極和第三電極。第一電極、第二電極和第三電極相互平行。其中， 第一電極和第二電極構成第一段，第二電極和第三電極構成第二段。
[0033] 不同之處在於：電源的配置方式為同頻率反相位雙電源。第一電極接至第一交流 電壓源，第三電極接至第二交流電壓源，第一交流電壓源和第二交流電壓源頻率相同、相位 相反；第二電極接地。
[0034] 該電源配置方式的激勵器效率高，能獨立地控制激勵器兩段的輸入電壓幅值。提 高第二段的輸入電壓幅值，可以獲得更好的氣動激勵效果。
[0035] 優選實施例三：
[0036] 本優選實施例提供一種介質阻擋放電等離子體激勵器，其結構與優選實施例一基 本相同。激勵器至少包括由絕緣材料製成的介質體、設置在介質體表面的第一電極、以及設 置在介質體內部的第二電極和第三電極。第一電極、第二電極和第三電極相互平行。其中， 第一電極和第二電極構成第一段，第二電極和第三電極構成第二段。
[0037] 不同之處在於：電源的配置方式為雙電源雙頻率。第一電極接至高頻的第一交流 電壓源，第三電極接至頻率低於第一交流電壓源的第二交流電壓源，第二電極接地。第一交 流電壓源的頻率優選值為10_50kHz ;第二交流電壓源的頻率優選值為1-lOkHz。
[0038] 該電源配置方式的激勵器兩段電源頻率和電壓可獨立調節，保證激勵器獲得最優 的氣動激勵效果。由於第一段的頻率較高，產生的等離子體平均密度更高，能夠提供更多的 帶電粒子參與氣動激勵過程。
[0039] 優選實施例四：
[〇〇4〇] 本優選實施例提供一種介質阻擋放電等離子體激勵器系統，該系統包括至少兩組 相同的如優選實施例一至三任一所述的激勵器。可以誘導更高的壁面射流速度，獲得更好 的流動控制效果。
【權利要求】
1. 一種介質阻擋放電等離子體激勵器，其特徵在於，所述激勵器至少包括介質體（1 )、 設置在所述介質體（1)表面的第一電極（11)、以及設置在所述介質體內部的第二電極（12) 和第三電極（13);所述第一電極（11)、第二電極（12)和第三電極（13)相互平行；第一電極 (11)與第二電極（12 )之間的間距為第一間距dl，第二電極（12 )與第三電極（13 )之間的間 距為第二間距d2 ;所述第一電極（11)與所述第二電極（12)之間能產生高密度等離子體，所 述第三電極（13 )用於提升壁面射流速度。
2. 根據權利要求1所述的介質阻擋放電等離子體激勵器，其特徵在於，所述第一間距 dl小於所述第二間距d2。
3. 根據權利要求1所述的介質阻擋放電等離子體激勵器，其特徵在於，所述第一電極 (11)的寬度wl彡所述第二電極（12)的寬度w2 <所述第三電極（13)的寬度w3。
4. 根據權利要求1所述的介質阻擋放電等離子體激勵器，其特徵在於，所述介質體（1) 為絕緣材料；所述第一電極（11)、第二電極（12)和第三電極（13)由金屬製成。
5. 根據權利要求1至4任一所述的介質阻擋放電等離子體激勵器，其特徵在於，所述第 一電極（11)和所述第三電極（13)接至同一交流電壓源；所述第二電極（12)接地。
6. 根據權利要求1至4任一所述的介質阻擋放電等離子體激勵器，其特徵在於，所述第 一電極（11)接至第一交流電壓源，所述第三電極（13 )接至第二交流電壓源，所述第一交流 電壓源和所述第二交流電壓源頻率相同、相位相反；所述第二電極（12)接地。
7. 根據權利要求1至4任一所述的介質阻擋放電等離子體激勵器，其特徵在於，所述第 一電極（11)接至第一交流電壓源，所述第三電極（13 )接至第二交流電壓源，所述第一交流 電壓源的頻率高於所述第二交流電壓源的頻率，所述第二電極（12)接地。
8. -種介質阻擋放電等離子體激勵器系統，其特徵在於，所述系統包括至少兩組相同 的如權利要求1至7任一所述的激勵器。
【文檔編號】H05H1/24GK203872422SQ201420172103
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】李江, 王光秋 申請人:中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心, 中國商用飛機有限責任公司