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1、(10)申请公布号 CN 103104575 A(43)申请公布日 2013.05.15CN103104575A*CN103104575A*(21)申请号 201310019514.7(22)申请日 2013.01.21F15D 1/00(2006.01)B64C 23/06(2006.01)(71)申请人南京航空航天大学地址 210016 江苏省南京市白下区御道街29号(72)发明人史志伟 杜海 倪芳原 董昊魏德宸 耿玺 程瑞斌(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司 32200代理人许方(54) 发明名称电弧式放电等离子体涡流发生器(57) 摘要本发明设计了一种电弧式放电等离子体涡。
2、流发生器，所述涡流发生器由一个绝缘隔热腔体3构成，所述绝缘隔热腔体3的底部正中位置具有一个开口，所述绝缘隔热腔体3的顶部正中位置具有一个与水平方向呈倾斜角度的射流出口1，所述绝缘隔热腔体3的顶部上表面铺设有圆环状裸露电极2，所述圆环状裸露电极2的圆心与射流出口1重合，所述底部开口设置有针尖状电极4，所述针尖状电极4由开口部位伸入绝缘隔热腔体3内；本发明所设计的电弧式放电等离子体涡流发生器能够在控制飞行器附面层流动的同时，不产生额外的阻力，不影响飞行器的性能，同时不需要额外的气源，不增加飞行器的重量。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(。
3、12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)申请公布号 CN 103104575 ACN 103104575 A1/1页21.一种电弧式放电等离子体涡流发生器，其特征在于：所述涡流发生器由一个绝缘隔热腔体（3）构成，所述绝缘隔热腔体（3）的底部正中位置具有一个开口，所述绝缘隔热腔体（3）的顶部正中位置具有一个与水平方向呈倾斜角度（）的射流出口（1），所述绝缘隔热腔体（3）的顶部上表面铺设有圆环状裸露电极（2），所述圆环状裸露电极（2）的圆心与射流出口（1）重合，所述底部开口设置有针尖状电极（4），所述针尖状电极（4）由开口部位伸入绝缘隔热腔体（3）内。2.根据权利要求1所述的。
4、电弧式放电等离子体涡流发生器，其特征在于：所述射流出口（1）与水平方向的倾斜角度（）为30至90。权 利 要 求 书CN 103104575 A1/3页3电弧式放电等离子体涡流发生器技术领域0001 本发明涉及一种流动控制装置，属于流体控制技术领域，适用于航空、船舶交通、冶金及化工领域。背景技术0002 涡流发生器自1947年首次被提出以来，到目前已广泛应用于航空、流体机械、冶金化工、汽车船舶等领域。涡流发生器实际上是以某一安装角垂直地安装在机体表面上的小展弦比小机翼，所以它在迎面气流中和常规机翼一样能产生翼尖涡，由于其展弦比较小，翼尖涡的强度相对较强，这种高能量的翼尖涡与其下游的低能量边界层。
5、流动混合后，就把能量传递给边界层，使处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在机体表面而不致分离。0003 目前，常用的涡流发生器分为被动型和主动型。被动型中应用最广泛的是固体式的涡流发生器，此类涡流发生器安装在特定位置针对特定情况下可以很好的延缓附面层的分离，起到增升减阻作用，但当不存在流动分离的情况下被动式涡流发生器会增加额外的形阻，也可能会照成其他物质附着，如灰尘堆积，更容易积冰，明显的降低了飞行器的固有性能。0004 主动式涡流发生器是通常指涡流射管（vortex generator jet），在易产生流动分离区域前方一定距离处，安装特定管径、特定偏航角度（与主流方向间夹角。
6、）、特定俯仰角度、特定射流速度（与主流速度比值）的射管，根据运行情况，可以调节涡流射管射流速度，达到合理利用涡流发生器控制流动分离的目的。0005 与固体涡流发生器相比涡流喷管具有实现主动流动控制的潜力。可以随着流动状态的变化适时地加以调整，是一种非常灵活的控制策略，通过调节阀门控制诱发涡的强度，在适当的流动条件下，当分离失速控制不需要实施时只要关闭喷射管就可以了。采用涡流喷管不会象固体涡流发生器那样产生阻力损失。但通常涡流射管需要提供气源，无疑增加了飞行器或者航空器的重量，减小了飞行器的有效载荷。发明内容0006 本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在控制飞行器附面层流动的同时，不产生额外。
7、的阻力，不影响飞行器的性能，同时不需要额外的气源，不增加飞行器的重量的电弧式放电等离子体涡流发生器。0007 本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：本发明设计了一种电弧式放电等离子体涡流发生器，所述涡流发生器由一个绝缘隔热腔体3构成，所述绝缘隔热腔体3的底部正中位置具有一个开口，所述绝缘隔热腔体3的顶部正中位置具有一个与水平方向呈倾斜角度的射流出口1，所述绝缘隔热腔体3的顶部上表面铺设有圆环状裸露电极2，所述圆环状裸露电极2的圆心与射流出口1重合，所述底部开口设置有针尖状电极4，所述针尖状电极4由开口部位伸入绝缘隔热腔体3内。说 明 书CN 103104575 A2/3页40008 作为本发。
8、明的一种优化结构：所述射流出口1与水平方向的倾斜角度为30至90。0009 本发明与现有技术相比具有如下优点：1.本发明通过对空腔内空气的压缩，产生周期性射流，立体的等离子体涡流发生器比二维的等离子体产生更高效率的射流，从而对流场的控制效果也更强；2.本发明能够在控制飞行器附面层的同时，不产生额外的阻力，也不影响飞行器的性能，而且也不需要额外的气源，不增加飞行器的重量；3.本发明采用等离子体涡流发生器，能够在合适的位置，合适的时间，实现对附面层的主动控制。附图说明0010 图1为本发明所设计的电弧式放电等离子体涡流发生器性能参数示意图；图2为本发明所设计的电弧式放电等离子体涡流发生器的顶部俯视。
9、图；图3为本发明所设计的电弧式放电等离子体涡流发生器的侧面剖视图。0011 1-射流出口，2-圆环状裸露电极，3-绝缘隔热腔体，4-针尖状电极。具体实 施方式0012 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：如图2所示，本发明设计了一种电弧式放电等离子体涡流发生器，所述涡流发生器由一个绝缘隔热腔体3构成，所述绝缘隔热腔体3的底部正中位置具有一个开口，所述绝缘隔热腔体3的顶部正中位置具有一个与水平方向呈倾斜角度的射流出口1，所述绝缘隔热腔体3的顶部上表面铺设有圆环状裸露电极2，所述圆环状裸露电极2的圆心与射流出口1重合，所述底部开口设置有针尖状电极4，所述针尖状电极4由开口部位伸入绝缘隔热腔体3。
10、内。0013 本发明的工作原理为：绝缘隔热腔体3底部铺设针尖状电极4作为阳极，顶部铺设圆环状裸露电极2作为阴极，顶部正中位置具有一个与水平方向呈倾斜角度的射流出口1，这里的倾斜角度影响涡流对附面层的控制效果，其大小以产生涡的强度能使下游所需范围的边界层厚度减薄为准，倾角太大产生的涡将很快破碎，不能促成整个控制区域的主流与边界层内流体的动量传递,而且对主流干扰加大，倾角太小产生的涡流强度不够，也不能起到应有的作用；孔径大小也要影响控制效果，若孔径太大不仅需要很强的能量来产生等离子体射流，孔径太小，又对附面层的影响不够。0014 在阴极和阳极电极之间加入脉冲或交流高压电源，当电压上升到气体的击穿电。
11、压时，阴、阳电极之间形成电弧放电，电弧对绝缘隔热腔体3内的气体快速加热，并伴随温度升高，绝缘隔热腔体3内压力急剧增大，从而迫使绝缘隔热腔体3内的气体高速喷出，可产生高强度的射流，之后绝缘隔热腔体3内的气压降低，从而吸入外界空气，开始下一个射流周期，通过控制孔径的大小和倾斜角度，形成涡流发生装置，等离子体涡流发生器可以在控制飞行器附面层流动的同时，不产生额外的阻力，也不影响飞行器的性能，而且也不需要额外的气源，不增加飞行器的重量，采用等离子体涡流发生器，能够在合适的位置、时间，实现说 明 书CN 103104575 A3/3页5对附面层流动的主动控制。0015 在具体的实施例中，在顶端圆环状裸露电极2和底端针尖状电极4之间施加高频直流、交流、脉冲等高压电，脉冲放电的周期可以从皮秒(pm)到毫秒(ms)，电压幅值大于2000伏。0016 如图1所示为本发明所设计的电弧式放电等离子体涡流发生器性能参数示意图，在具体的实施例中，射流出口（1）与水平方向的角度根据实际情况设定，一般在3090之间（此处=）；角度也可根据需要可调，范围在090之间。说 明 书CN 103104575 A1/1页6图1图2图3说 明 书 附 图CN 103104575 A。