BRPI0617441A2

BRPI0617441A2 - aeronave, mÉtodo de reduzir separaÇço de fluxo de ar e estrutura aerodinÂmica

Info

Publication number: BRPI0617441A2
Application number: BRPI0617441-8A
Authority: BR
Inventors: Tommie Wood; Thomas C Corke; Martiqua Post
Original assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2011-07-26
Also published as: US20100224733A1; CN101296842A; AU2006343524A1; US8308112B2; EP1937552A2; EP2340995A2; CA2625520A1; WO2007133239A3; CN101296842B; CA2625520C; ATE512876T1; WO2007133239A2; EP2340995A3; EP1937552B1; KR20080058405A; RU2008119502A; JP2009511360A; EP2340995B1

Abstract

<B>AERONAVE, MÉTODO DE REDUZIR SEPARAÇçODE FLUXO DE AR E ESTRUTURA AERODINÂMICA<D>A presente invenção refere-se a uma aeronave que inclui umasuperfície sobre a qual o fluxo de ar corre. Um atuador de plasma é configurado para gerar um plasma sobre essa superfície. O plasma libera um impul- so direcionado no ar ao redor da superfície para reduzir a separação do fluxo de ar da superfície. Um dos métodos de reduzir a separação de um fluxo de ar da superfície envolve a criação de plasma no ar ao redor da superfície, em uma posição na qual o fluxo de ar se separaria da superfície na ausência de plasma.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AERONAVE,MÉTODO DE REDUZIR SEPARAÇÃO DE FLUXO DE AR E ESTRUTURAAERODINÂMICA".

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Esse pedido reivindica prioridade sobre o Pedido U.S.60/726,648, depositado em 17 de outubro de 2005, conteúdos totais osquais são incorporados aqui por referência.

DECLARAÇÃO REFERENTE À PESQUISA PATROCINADA PELA UNIÃO

A presente invenção foi desenvolvida de acordo com o AcordoDABT 63-00-3001 entre a Bell Helicopter Textron Inc. e a Defense AdvancedResearch Projects Agency.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao uso de atuadores de plasmade descarga com barreira dielétrica única para redução do arrasto nas asas,nacelas e/ou fuselagens de veículos aerodinâmicos projetados para decola-gem e aterrissagem vertical (VTOL).

Descrições da Técnica Relacionada

A aeronave pode incluir superfícies com regiões onde o fluxo dear sobre a superfície não consiga seguir o contorno da superfície. Costuma-se dizer que o fluxo de ar é "separado" da superfície em tais regiões. A se-paração do fluxo de ar da superfície pode resultar em um aumento no con-sumo de combustível, reduções e/ou limitações na velocidade/alcance dovôo, e na capacidade de carga da aeronave. Por exemplo, em aeronavesque decolam verticalmente como um helicóptero, e, depois alteram a confi-guração para seguir o vôo como uma aeronave normal, isto é, aeronaves derotação inclinada, a separação do fluxo de ar do rotor sobre a asa durante adecolagem resulta em resistência contra o deslocamento ascendente da a-sa, também conhecido como download, e em uma redução da capacidadede carga e alcance operacional da aeronave de rotação inclinada.

Tentativas anteriores de evitar a separação do fluxo de arincluem a sucção e/ou injeção de ar a partir dos orifícios na superfície locali-zada na região de fluxo separado, ou próxima à ela. Espaços eram formadosna superfície e jatos de ar pulsante foram periodicamente descarregados apartir dos espaços, para assim evitar a separação do fluxo de ar. Os jatosforam formados por atuadores com base em bobina de voz ou atuadorespiezelétricos dispostos em uma matriz linear ao longo da superfície.

O uso de atuadores com base em bobina de voz ou atuadorespiezelétricos para evitar a separação do fluxo de ar era necessário uma mu-dança no design da superfície para acomodar os atuadores. Os atuadorescom base em bobina de voz ou atuadores piezelétricos adicionaram peso egasto à aeronave a partir do rasgo, dos atuadores e da fiação. Também eradifícil retroajustar os atuadores com base em bobina de voz ou atuadorespiezelétricos em aeronaves já existentes. O uso de tais atuadores em pás derotores exigia que eles se encaixassem dentro do contorno do aerofólio. Pa-ra gerar jatos pulsantes de ar era necessária uma membrana vibratória dealguma força, o que resultava em ruídos e vibrações na estrutura da aerona-ve, além de requerimentos de volume dentro dos elementos de suspensão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com um aspecto da invenção, uma aeronave incluiuma superfície sobre a qual passa um fluxo de ar. Um atuador de plasma éconfigurado para gerar um plasma sobre a superfície, o plasma libera umimpulso no ar ao redor da superfície, para assim reduzir a separação do flu-xo de ar da superfície.

De acordo com outro aspecto da invenção, um método de redu-zir a separação de um fluxo de ar da superfície de uma aeronave inclui gerarum plasma no ar ao redor da superfície, em uma posição onde o fluxo de arsepararia a superfície na ausência do plasma.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As modalidades da presente invenção serão descritas abaixoem referência aos desenhos anexos, nos quais caracteres de referência re-presentam recursos, da seguinte maneira:

a Figura 1 é uma ilustração esquemática de um atuador deplasma em uma seção transversal no sentido da corda, de acordo com umamodalidade da presente invenção;

as Figuras 2a e 2b são ilustrações esquemáticas da descargade barreira dielétrica única do atuador de plasma da Figura 1 durante meio-ciclos da forma de onda da voltagem aplicada;

a Figura 2c é uma ilustração esquemática de um conjunto de tu-bo fotomultiplicador usado para medir emissões de luz provenientes do atu-ador de plasma;

a Figura 2d é uma ilustração da emissão de luz do atuador deplasma como uma função da voltagem aplicada;

a Figura 2e é uma ilustração da emissão de luz do atuador deplasma como uma função da corrente aplicada;

a Figura 2f é uma ilustração mais detalhada da emissão de luzda Figura 2e;

a Figura 2g é uma fotografia do plasma gerado pelo atuador deplasma;

a Figura 2h é uma ilustração do tempo da primeira luz do plas-ma como uma função da distância lateral (no sentido da corda) do atuadordo plasma;

a Figure 2i é um lote da superfície da emissão de luz do atuadorde plasma;

a Figure 3 é um modelo de circuito do atuador de plasma da Fi-gura 1;

as Figuras 4a e 4b são descrições gráficas esquemáticas da o-timização da freqüência e amplitude respectivamente, do atuador de plasma;

a Figura 5a é uma ilustração de formas de onda de voltagemdente de serra positiva e negativa aplicada ao atuador de plasma;

a Figura 5b é uma ilustração de formas de onda de correntedente de serra positiva e negativa correspondentes às formas de onda devoltagem dente de serra positiva e negativa da Figura 5a, aplicadas ao atua-dor de plasma;

a Figura 5c é uma ilustração da emissão de luz do atuador deplasma no caso de formas de onda de voltagem dente de serra positiva apli-cada;

a Figura 5d é uma ilustração da emissão de luz do atuador deplasma no caso de formas de onda de voltagem dente de serra negativa a-plicada;

a Figura 5e é uma ilustração de empuxo contra força dissipadado atuador de plasma para as duas formas de onda aplicadas dente de serranegativa e positiva;

a Figura 5f é uma ilustração da força dissipada no plasma;

as Figuras 5g e 5h ilustram a velocidade induzida do ar contra avoltagem aplicada para uma forma de onda quadrada e uma forma de ondatriangular, respectivamente;

a Figura 5i ilustra o efeito aditivo linear de atuadores de plasma;a Figura 5j ilustra uma aeronave utilizável com atuadores deplasma de acordo com a presente invenção;

as Figuras 5k - 5m ilustram um aerofólio da aeronave na Figura5j;

as Figuras 6a e 6b são fotografias dos atuadores de plasma nasbordas traseira e dianteira de um aerofólio;

as Figuras 6c e 6d são visualizações de fluxo dos atuadores deplasma ligados e desligados nas bordas traseira e dianteira, respectivamen-te;

as Figuras 6e e 6f são os perfis da velocidade média quando osatuadores de plasma das bordas traseira e dianteira estão operando em se-parado e simultaneamente, respectivamente;

a Figura 7a ilustra o coeficiente de arrasto para várias velocida-des;

a Figura 7b ilustra a diminuição geral do coeficiente de arrastopara várias velocidades;

a Figura 8a ilustra esquematicamente um ciclo de funcionamen-to dos atuadores de plasma com operação inconstante, de acordo com apresente invenção;a Figura 9a ilustra uma vista lateral de uma configuração de dis-positivo de teste do aerofólio, de acordo com a presente invenção;

a Figura 9b ilustra o coeficiente de suspensão contra o ângulode ataque para um aerofólio fornecido com o atuador de plasma, de acordocom a presente invenção, com o atuador de plasma ligado e desligado;

a Figura 9c ilustra a voltagem mínima necessária para reagruparo fluxo de ar como uma função da freqüência da voltagem aplicada para o-perações inconsistentes;

a Figura 9d ilustra o coeficiente de suspensão contra o ângulode ataque para um aerofólio fornecido com o atuador de plasma, de acordocom a presente invenção, com o atuador de plasma ligado em modo incons-tante, e com o atuador de plasma desligado em modo constante;

as Figuras 9e e 9f ilustram o coeficiente de pressão contra a dis-tância no sentido da corda para um aerofólio oscilante fornecido com umatuador de plasma, de acordo com a presente invenção;

a Figura 9g ilustra o coeficiente de suspensão contra o ângulode ataque de um aerofólio oscilante fornecido com um atuador de plasma,de acordo com a presente invenção, em referência à atuação constante doatuador de plasma;

as Figuras 9h - 91 ilustram o coeficiente de pressão de um aero-fólio oscilante fornecido com um atuador de plasma de acordo com a presen-te invenção para os ângulos de ataque próximos e no pico do ciclo oscilató-rio e visualizações de fluxo com o atuador de plasma ligado em modo cons-tante, e com o atuador de plasma desligado;

a Figura 9m ilustra o coeficiente de suspensão contra o ângulode ataque de um aerofólio oscilante, incluindo um atuador de plasma de a-cordo com a presente invenção, operado no modo inconstante na primeirafreqüência forçada;

a Figura 9n ilustra o coeficiente de suspensão contra o ângulode ataque de um aerofólio oscilante, incluindo um atuador de plasma de a-cordo com a presente invenção, operado no modo inconstante na segundafreqüência forçada;as Figuras 9o - 9q são visualizações de fluxo sobre o aerofólioquando o atuador de plasma está desligado e quando o atuador de plasma éoperado no modo inconstante na segunda freqüência forçada;

a Figura 9r ilustra o coeficiente de suspensão contra o ângulo deataque para um atuador de plasma operado no modo smart, e

as Figuras 9s - 9u são visualizações de fluxo sobre o aerofólioquando o atuador de plasma está desligado, quando o atuador é operado nomodo consistente, quando o atuador de plasma é operado no modo incon-sistente e quando o atuador de plasma é operado no modo smart para váriosângulos de ataque durante a porção de afastamento baixo do ciclo oscilató-rio.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Referente à Figura 1, um atuador de plasma de descarga debarreira dielétrica única é acoplado à superfície 3 de uma aeronave VTOL. Oatuador Vpode ser acoplado à superfície 3 em uma região na qual o fluxo dear é separado da superfície 3. O atuador de plasma 1 inclui um eletrodo ex-posto 5, um eletrodo isolado e coberto 7, e um dielétrico 9. Uma fonte decorrente de voltagem alternada 11 (CA) é conectada entre os eletrodos 5 e7. Apesar do atuador 1 ser mostrado na Figura 1 como se ele se estendesse a partir da superfície 3, deve-se considerar que o atuador 1 pode ser forne-cido em um recesso na superfície 3, para que possa ser nivelado parcial oucompletamente com a superfície 3. Os eletrodos 5 e 7 podem ser formadosde material condutor, como por exemplo, folha de cobre. O dielétrico 9 podeser formado de um material elétrico isolante, por exemplo, fita de poliimidaKAPTON®. A espessura do dielétrico é dependente da voltagem máxima aser aplicada no atuador de plasma 1. A fita de poliimida é fina e flexível, mascom o passar do tempo ela se degrada devido à geração de ozônio no plas-ma. O dielétrico 9 também pode ser uma cerâmica, tal como MACOR®, queé usinável e dura indefinidamente. Um dielétrico formado de cerâmica preci-sa ser mais grosso que um dielétrico formado de fita poliimida e ser usinadoaté chegar em seu formato final. O dielétrico 9 também pode ser de filmePEEK®, que é fino e flexível e não é afetado pelo ozônio. O filme PEEK®também resiste à erosão causada pela água.

A aplicação da fonte de alta voltagem 11 faz com o que o ar seionize e cria um plasma. Quando a voltagem CA é aplicada, uma descargade plasma aparece na superfície do dielétrico 9 acima do eletrodo revestido7, e uma descarga direcionada é liberada no ar ao redor. A liberação dadescarga direcionada altera o fluxo de ar sobre o atuador 1. O plasma napresença de um campo elétrico E gradiente irradia os resultados em um ve-tor de força de corpo fB que age sobre o fluxo de ar, como mostrado na Figu-ra 1. A força de corpo é uma força de corpo por volume de plasma que variano tempo e espaço durante o ciclo de voltagem CA. O vetor de força do cor-po fe é definido por: fB = pcE, onde pc é a densidade de carga do plasma e Eé o campo elétrico gradiente. Usando a relação Boltzmann e substituindo porPc o vetor de força do corpo pode ser reescrito como fe= -( ε ο/λο2)φΕ, onde εo, é a permissividade do espaço livre, Ad é o comprimento Debye (isto é, ocomprimento característico da proteção eletrostática no plasma), e (pé o po-tencial elétrico. A partir dessa equação, fica claro que a força de corpo doatuador de plasma 1 diminui com a densidade decrescente do plasma, comopor exemplo, o comprimento Debye crescente.

Referindo-se novamente à Figura 1, o eletrodo exposto 5 e o e-Ietrodo revestido 7 são sobrepostos por uma quantidade pequena a fim deproduzir mais um plasma uniforme na direção no sentido da envergaduratotal da superfície 3. Se nenhuma sobreposição foi fornecida, a lacuna de arentre os eletrodos 5 e 7 deve se desmembrar na voltagem aplicada antes dodielétrico 9. Em pressão atmosférica, quase qualquer material dielétrico dis-ponível tem uma força dielétrica e desmembramento de voltagem superiorao ar. Portanto, deve-se evitar as lacunas de ar no design do atuador deplasma. Se houve uma lacuna de ar, o resultado seria não-uniformidades nosentido da envergadura no plasma e falha do atuador de plasma.

O atuador de plasma 1 da Figura 1 é uma descarga de barreiradielétrica única (SDBD) do atuador de plasma. O atuador de plasma SDBD éestável na pressão atmosférica por ser autolimitador na pressão atmosféricadevido a um acúmulo na descarga na superfície do dielétrico 9. O compor-tamento do atuador de plasma 1 é primariamente determinado pela compo-sição de carga no eletrodo isolado e revestido 7. Quando a fonte de volta-gem CA 11 se aplica a uma voltagem CA, uma descarga de plasma aparecena superfície do dielétrico 9 acima do eletrodo isolado e revestido 7 e do im-pulso direcionado, definido pelo vetor de força do corpo fB, e liberado no arao redor. O vetor de força do corpo fe pode ser ajustado para uma aplicaçãodada através da orientação e design da geometria dos eletrodos 5 e 7. Porexemplo, os eletrodos 5 e 7 podem ser projetados para a produção de jatosorientados a montante ou a jusante ou em vórtices no sentido do fluxo.

Apesar do plasma ser composto de partículas carregadas, elenão é neutro pois é criado pela ionização de ar neutro e um número igual deelétrons negativos e íons positivos existentes no plasma. As partículas car-regadas respondem a um campo elétrico externo, e os elétrons se movemem direção ao eletrodo positivo, e os íons positivos se movem em direção aoeletrodo negativo. Esse movimento resulta em um desequilíbrio de cargasnas bordas do plasma, que ativa um campo elétrico no plasma que é opostoao campo elétrico aplicado externamente. O desequilíbrio das cargas nasbordas do plasma se deve ao movimento térmico das partículas carregadasno plasma. O rearranjo das partículas carregadas continua até que a rede decampo elétrico no plasma esteja neutralizada.

Com referência às Figuras 2a e 2b, o plasma é formado comoum resultado de uma série de descargas à medida que os elétrons sãotransferidos para sobre a superfície do dielétrico 9 e para fora dela. Comoexibido na Figura 2a, quando a voltagem aplicada é negativa, os elétrons semovem do eletrodo exposto 5 para o dielétrico 9. Como mostrado na Figura2b, quando a voltagem aplicada é positiva os elétrons se movem do dielétri-co 9 para o eletrodo exposto 5. A composição da carga na superfície do die-létrico 9 é a razão pela qual a descarga é autolimitante, e não entra em co-lapso em um arco constrito. Baseados nas energias, os elétrons penetramno máximo algumas poucas monocamadas do dielétrico 9. Devido à baixacondutividade do dielétrico 9, os elétrons costumam permanecer no localonde são depositados. A porção de dielétrico 9 que coleta, e inclui os elé-trons imóveis, age como um eletrodo virtual 13, como mostrado na Figura 1,além dos dois eletrodos 5 e 7, e o atuador de plasma 1.

A Figura 2a representa o meio ciclo de descarga para a qual oeletrodo exposto 5 é mais negativo que a superfície do dielétrico 9, e o ele-trodo isolado e revestido 7. O eletrodo exposto 5 age, portanto, como umcatodo na descarga. Se a voltagem aplicada for alta o suficiente, o eletrodoexposto 5 pode emitir elétrons. Em razão da descarga terminar na superfíciedo dielétrico 9, a composição da carga na superfície do dielétrico 9 se opõeà voltagem aplicada pela fonte 11, e a descarga se autodesliga, a não serque a magnitude da voltagem aplicada seja aumentada continuamente. Ocomportamento da descarga é semelhante ao meio ciclo oposto mostrado naFigura 2b, e uma inclinação positiva na voltagem aplicada é necessária paramanter a descarga. No meio ciclo oposto mostrado na Figura 2b, a superfíciedo dielétrico 9 age como o catodo. Durante o meio ciclo mostrado na Figura2b. a carga disponível para a descarga é limitada pela carga depositada du-rante o meio ciclo mostrado na Figura 2a.

No que refere-se à Figura 2c, um tubo fotomultiplicador (PMT)pode ser usado para observar o plasma acumulado com uma resolução dealto tempo. As emissões de luz observadas pelo PMT são proporcionais àcorrente dissipada no plasma. Para os resultados mostrados nas Figuras 2de 2e o PMT foi disposto para observar aproximadamente um terço do com-primento do atuador de plasma 1. A Figura 2d mostra dois ciclos de umadescarga de plasma que se liga e desliga durante cada ciclo da voltagemaplicada. No ponto "a" da figura, devido à alguma disparidade de impedânciano circuito acionador que amplifica a voltagem CA, há uma reversão momen-tânea na inclinação da forma de onda aplicada. Em razão da voltagem apli-cada não estar mais se tornando negativa, a descarga se desliga. No ponto"b" da figura, a voltagem aplicada mais uma vez retoma o curso negativo, ea descarga se reinicia e permanece assim até que a inclinação da forma deonda de voltagem chegue a zero, em aproximadamente t = 0.4 ms nesseexemplo.

A Figura 2e mostra um ciclo de descarga do atuador de plasma1 com uma forma de onda de voltagem aplicada senoidal. Como mostradona figura, a descarga é mais irregular na metade positiva do ciclo do que nametade negativa. A Figura 2f mostra os mesmos dados da Figura 2e emuma escala de tempo mais curta. Como mostrado na Figura 2f, cada pulsode luz observado pelo PMT corresponde ao pulso do sinal atual. Entretanto,nem todo pulso atual corresponde ao pulso de luz. Isso se deve ao fato deque o PMT só observa um terço do atuador de plasma 1, enquanto o monitorde corrente mede a corrente durante toda a descarga. Há descargas quenão ocorrem no campo de vista do PMT. Quando a voltagem do eletrodoexposto 5 for negativa, a descarga é relativamente uniforme por toda a largu-ra do atuador de plasma 1. Quando a voltagem é positiva, a descarga é irre-gular, ou "com acidentes". A assimetria da descarga afeta a eficiência daliberação do impulso no fluxo, como descrito acima.

A Figura 2g mostra uma vista de "obturador aberto" do plasma(isto é, a velocidade do obturador é maior que o período da forma de ondada voltagem aplicada). A Figura 2g parece mostrar um gradiente de densi-dade de plasma, pois o plasma mais próximo da borda do eletrodo exposto 5é o mais brilhante. Entretanto, a Figura 2 mostra o tempo relativo da primeiraluz como uma função de posição lateral de uma abertura interposta entre oplasma e o PMT. Como mostrado na Figura 2h, o plasma aumenta na dire-ção lateral (isto é, no sentido da corda) a uma taxa constante. O plasma pró-ximo à borda do eletrodo exposto 5 deverá parecer mais brilhante, por teremitido durante uma grande parte do ciclo de descarga, não por causa deuma alta densidade do plasma. Também é mostrado na Figura 2h que quan-to maior for a voltagem aplicada, mais rápido a descarga de plasma se espa-lha pela superfície do dielétrico 7. A velocidade de propagação do plasmatambém é essencial tanto para os meio-ciclos negativos quanto positivos deuma determinada voltagem. Para ambos os meio-ciclos, a descarga se iniciana borda do dielétrico exposto 7, e se propaga ao longo da superfície do die-létrico 7. Apesar de haver uma diferença na estrutura transversa (no sentidoda envergadura) do plasma entre os meio-ciclos da descarga, como mostra-do nas Figuras 2e e 2f, a extensão lateral (no sentido da corda) e desenvol-vimento do plasma são basicamente as mesmas. Um ponto de superfície daemissão de luz do plasma como vista pelo PMT é mostrado na Figura 2i.

Com referência à Figura 3, o atuador de plasma 1 pode ser mo-delado como um circuito elétrico. O capacitar C1 representa a capacitânciaentre o eletrodo exposto 5 e o eletrodo virtual 13. O capacitar C2 representaa capacitância entre o eletrodo virtual 1 e o eletrodo isolado e revestido 7.Em razão dos eletrodos 5 e 7 estarem desativados, a capacitância C3 estáincluída, pois alguns campos conectam os eletrodos e 5 e 7 diretamente. Acapacitância C3 fornece um caminho paralelo para uma corrente de deslo- camento adicional no circuito, mas não afeta a descarga.

Devido à extensão do sentido da corda das alterações do plas-ma durante a descarga, as capacitâncias C1 e C2 são representadas comovariáveis. Para propósitos desse modelo, os valores de C1 e C2 podem serconsiderados como de capacitância média que dependem da amplitude da voltagem CA aplicada. O plasma é representado como um resistor R1 emrazão do elemento dissipativo único no circuito. O plasma não existe durantea descarga completa, e por isso, é representado como um valor variável.Quando o valor absoluto da diferença potencial através do capacitar C1 ex-ceder um valor marcado, o plasma entra em combustão e a resistência R1 cai de um valor de circuito aberto de eficientemente infinito para um valorbaixo. Quando o valor absoluto da diferença do potencial cai abaixo de outramarca, a descarga se resfria e a resistência R1 retorna a sua válvula de cir-cuito aberto. A aplicação da voltagem CA 11 para o atuador de plasma 1permite que a descarga seja sustentada. Os modelos de circuito para o atu- ador são usados para modelar o efeito do atuador no fluxo de fluído. Os mo-delos de circuito também podem ser usados para melhorar o desempenhodo atuador.

A força dissipada pelo atuador de plasma 1 e a extensão máxi-ma da descarga de plasma como uma função da freqüência da voltagem CA aplicada, são mostradas nas Figuras 4a e 4b, respectivamente. Como mode-lado pelo circuito da Figura 3, as Figuras 4a e 4b indicam que uma freqüên-cia otimizada existe para a força máxima do plasma. A existência de umafreqüência otimizada permite que a largura do eletrodo revestido e isolado 7seja reduzida. Por exemplo, como mostrados nas Figuras 4a e 4b, uma lar-gura de 12 mm é necessária para um voltagem de 20 kV aplicada em 6 kHz.Entretanto, para a mesma voltagem de 20 kV voltagem, a mesma força dedescarga de força de plasma deve ser obtida se a voltagem for aplicada emum eletrodo de 6 mm a 20 kHz. Isto permite que a largura do eletrodo reves-tido e isolado 7 seja reduzida em 50%, isto é, de 12 mm para 6 mm. Reduzira largura do eletrodo revestido e isolado 7 permite um pacote mais denso deatuadores na superfície 3 em uma matriz. Usar atuadores de plasma emuma matriz proporciona um efeito linear aditivo. Entretanto, o tamanho decada atuador de plasma está diretamente relacionado ao volume de plasmaque ele produz. O comprimento no sentido da corda do atuador de plasmanão pode exceder a extensão máxima do plasma dos atuadores usados namatriz, para assim evitar os efeitos de sobreposição.

Como mencionado acima, a estrutura espacial da descarga deplasma é assimétrica. Para determinar os efeitos dessa assimetria, duasformas de onda de voltagem assimétricas diferentes, as quais são imagenslocais uma da outra, foram aplicadas ao atuador de plasma 1. Em um doscasos, uma forma de onda dente de serra positiva, contendo uma grandeinclinação positiva e uma inclinação negativa menor, foi aplicada ao atuadorde plasma 1. Em outro caso, uma forma de onda dente de serra negativa,contendo uma grande inclinação negativa e uma inclinação positiva menor,foi aplicada ao atuador de plasma 1. A voltagem positiva e negativa e formasde onda de corrente dente de serra são mostradas nas Figuras 5a e 5b, res-pectivamente.

As Figuras 5c e 5d ilustram a emissão de luz do plasma no casode formas de onda dente de serra positiva, e formas de onda dente de serranegativa, respectivamente. Apesar das emissões de luz geralmente aparen-tarem ter a mesma forma, visualizando as figuras fica claro que a porçãonegativa da forma de onda, como mostrado pelo ponto (b) na figura 5c e pe-lo ponto (a) na figura 5d, produzem a descarga mais uniforme. Isto é, consis-tente com a assimetria da descarga de plasma discutida acima. As porçõespositivas da forma de onda, como mostrado pelo ponto (a) na Figura 5c epelo ponto(b) na Figura 5d produz uma descarga irregular, como discutidoacima com referência à Figura 2d.

A eficiência do atuador de plasma pode ser determinada pelamedição do empuxo que ele produz ainda em ar parado. Para medir o em-puxo, o atuador é montado sobre um braço nivelador, e o empuxo produzidoé medido em uma balança de massa na extremidade oposta do mesmo bra-ço. A Figura 5e mostra o empuxo contra a força dissipada para as formas deonda dente de serra positiva e negativa. Como mostrado na Figura, a formade onda dente de serra positiva, a qual tem um ciclo de funcionamento nega-tivo e produz mais plasma difuso para uma fração maior do ciclo de descar-ga, produz um empuxo maior que a forma de onda dente de serra negativa.A forma de onda dente de serra negativa produz um plasma mais irregularpara uma fração maior do ciclo de descarga, e é menos eficiente em liberarimpulso no fluxo de ar para uma comparável força dissipada. Esse resultadodesacredita a teoria que a operação de um atuador de plasma pode serprematuramente atribuível ao calor intenso do ar.

Em referência à Figura 3 mais uma vez, a dissipação de forçacomo uma função de amplitude da voltagem aplicada é consistente com aforma e estrutura do plasma e sua descarga, como mencionado acima.Quando o plasma entra em combustão, diminuindo efetivamente o capacitorC1, ele forma parte de um divisor de voltagem. A impedância Z2 do outroelemento do divisor de voltagem, isto é, o capacitor C2, depende da fre-qüência da forma de onda aplicada, Z2 = -i/ooC2. Para uma freqüência apli-cada, a força dissipada iria como VAc2, se C2 for constante, portanto VAc é avoltagem aplicada. Em referência à Figura 5f, a força dissipada no plasmavai até aproximadamente como VAc7/2

Os resultados mostrados na Figura 5f são consistentes comuma ou ambas as situações: 1) a capacitância média do capacitor C2 au-menta com a voltagem aplicada crescente; e/ou 2) a resistência média doresistor R1 diminui com a voltagem aplicada crescente. Como discutido aci-ma, com relação à figura 2h, quanto maior a voltagem aplicada, mais rápidoa descarga de plasma se espalha ao longo da superfície do dielétrico 7. Por-tanto, a área média do eletrodo virtual 13 aumenta com a voltagem aplicadacrescente junto com um aumento correspondente da capacitância do capaci-tor C2, no modelo mostrado na Figura 3.

Com relação às Figuras 5g e 5h, as medições do velocímetro deimagens de partículas (PIV) da velocidade induzida no ar pelo atuador deplasma 1, mostram que a velocidade do fluxo também vai aproximadamenteaté VAC7/2· Esse resultado indica uma proporcionalidade direta entre a forçaelétrica dissipada no atuador e a velocidade induzida no ar. A eficiência daliberação do impulso pode ser controlada pelas interações na borda do ele-trodo exposto 5. A Figura 5g mostra a velocidade induzida para uma volta-gem em forma de onda quadrada aplicada e a Figura 5h mostra a velocidadeinduzida para uma voltagem em forma de onda triangular aplicada. Os resul-tados mostrados nas Figuras 5g e 5h indicam que a proporcionalidade davoltagem induzida ao VAC7/2 se aplica irrespectivamente ao formato da formade onda.

Como discutido acima, o uso de múltiplos atuadores proporcionaum efeito aditivo linear, como por exemplo, o aumento da velocidade de múl-tiplos atuadores é aditivo. Com relação à figura 5i, para uma voltagem apli-cada, dois atuadores posicionados um atrás do outro proporcionam um au-mento de velocidade duas vezes maior que um atuador sozinho.

Os atuadores de plasma, de acordo com a presente invenção,podem ser usados em uma aeronave VTOL, inclusive em aeronaves de ro-tação inclinada 40, como mostrado na Figura 5j. Como mostrado nas Figuras5k e 5l, a aeronave de rotação inclinada 40 inclui um aerofólio 42. O aerofó-lio 42 inclui uma primeira seção 44 e uma segunda seção 46 que age deforma pivô em relação à primeira seção 44. A segunda seção 46 pode serchamada de aba. Como mostrado na Figura 5m, uma cobertura pivô da aba48 é fornecida entra a primeira seção 44 e a segunda seção 48. Um atuadorde plasma 1B com borda dianteira (LE) é fornecido na primeira seção 44 naposição x/c = 0. Um atuador de plasma 1C com borda traseira (TE) é forne-cido na segunda seção 46, em uma posição que é espaçada a partir da bor-da dianteira da seção traseira, por exemplo, em uma posição x/c = 0,17. Du-rante a decolagem vertical da aeronave de rotação vertical 40, a seção 46 écolocada em seu eixo como mostrado na Figura 5m.

O atuador de plasma 1 pode ser usado para fornecer um au-mento na suspensão das asas separando o controle sobre as bordas diantei-ra e traseira das asas de uma aeronave VTOL, em vôo normal ou pairado.Isto afeta vários aspectos do desempenho de uma aeronave. Estes aspectosincluem a carga transportada, alcance, resistência, e taxas maiores e maislongas do ritmo de giro. Em uma asa bidimensional, a máxima suspensãoobtida é limitada pela habilidade do fluxo de ar em seguir a curvatura do ae-rofólio. Quando o fluxo de ar não pode seguir a curvatura, o fluxo de ar di-verge. A separação pode ocorrer em uma borda dianteira, ou na borda tra-seira nas configurações da aba, ou em outros locais do aerofólio, baseando-se nas condições de vôo.

Com relação às Figuras 6a e 6b, o atuador de plasma pode sercolocado sobre as bordas traseira e dianteira de um aerofólio para controlara separação do fluxo. O atuador de plasma pode ser colado, preso, ou lami-nado à superfície do aerofólio. O atuador de plasma também pode ser embu-tido no aerofólio, para que o eletrodo exposto seja nivelado com a superfícieaerodinâmica do aerofólio da asa. Como mostrado na Figura 6b, o eletrodoexposto e o eletrodo revestido são alinhados no sentido da envergadura . Oseletrodos são posicionados para que a junção entre os eletrodos fique leve-mente a montante ao(s) local(is) da corda onde o fluxo diverge. Na configu-ração pairada para a asa V-22, essas estavam na borda dianteira, x/c = 0, ena superfície plana em xf/cf = 0.17. A disposição dos atuadores de plasmainduz um componente da velocidade a favor da direção para inibir a separa-ção do fluxo sobre a asa e para dentro do trilho.

No atuador de plasma mostrado nas Figuras 6a e 6b, os dois e-Ietrodos são formados de fita metalizada de cobre com 0,05 mm de espessu-ra. O dielétrico é formado de filme KAPTON® com uma espessura de 0,025até 0,127 mm com uma constante dielétrica de 3,3 aproximadamente, e umavoltagem de ruptura de aproximadamente 6 kV por 25,4 χ 10"3 mm (10"3 po-legadas) de espessura. A voltagem CA aplicada pode estar entre 7 a 12KVp-p, e a freqüência pode ser de aproximadamente 3 a 10 kHz. O perfil doaerófolio foi aquele usado em uma aeronave V-22 com corda de 15,24 cm evão de 22,86 cm.

O aerofólio foi testado em um túnel de vento subsônico no "Cen-ter for Flow Physics and Control (FlowPAC)" no Hessert Laboratory na Uni-versidade de Notre Darrie. Fumaça foi introduzida no fluxo de ar para propi-ciar uma visualização do fluxo de ar. Com referência à Figura 6b, o aerofóliofoi suportado por chapas extremas feitas de Plexiglass, para permitir um a-cesso visual ao fluxo de ar. As chapas extremas também minimizaram osefeitos tridimensionais do aerofólio. Foram realizados experimentos nosquais o aerofólio ficou estacionário. Nesses experimentos as chapas extre-mas eram circulares com um raio de 20 cm. Uma primeira sonda pivô locali-zada no fluxo de ar forneceu uma pressão estática de referência para cadaporto de pressão. Uma segunda sonda pivô foi montada em um mecanismotransversal com duas cordas de comprimento a favor da corrente do aerofó-lio na linha central e no sentido da envergadura. Pontos distintos foram dis-tribuídos ao longo do trilho para determinar o perfil da velocidade média.

A eficiência do atuador de plasma ao controlar a separação dofluxo de ar ao redor da asa com uma configuração de pairamento foi avalia-da com base na redução do arrasto. As Figuras 6e e 6f correspondem aosperfis da velocidade média medidas no trilho da asa V-22 na configuração depairamento com um ângulo de aba de 70°. A velocidade do ar U°° era de 20m/s. A curva sólida na Figura 6e corresponde a quando todos os atuadoresde plasma estavam desligados. As outras curvas tracejadas na figura cor-respondem a quando a borda dianteira das abas dos atuadores de plasmafoi operada separadamente. Para cada atuador, o efeito é aumentar a velo-cidade do trilho da asa, o que significa uma redução do arrasto. A Figura 6fmostra o efeito de operar ambos os atuadores de plasma simultaneamente.Isso corresponde à curva tracejada. O efeito combinado fornece o total má-ximo da redução do arrasto.

O efeito do atuador de plasma sobre o arrasto para uma gamade velocidades está compilado na Figura 7a. Ela mostra o coeficiente de ar-rasto (Cd) com o atuador desligado como a curva sólida, e o coeficiente dearrasto com o atuador da aba ligado como a curva tracejada. O atuador deplasma produziu uma redução significativa no arrasto, a qual pode ser ob-servada como uma queda na curva com o atuador ligado.

A melhoria geral (rebaixamento) do arrasto sobre a asa é resu-mida na Figura 7b. Em sua velocidade mais baixa, o arrasto é reduzido emquase 45%. A maior melhoria se deve ao controle da separação tanto naborda dianteira quanto na aba. Em velocidades maiores, o fluxo da bordadianteira fica quase naturalmente anexado, e grande parte da melhoria vêmdo atuador de plasma da aba. Nesses casos o arrasto é reduzido em apro-ximadamente 25%.

A força usada pelo atuador de plasma depende do modo no qualele é operado. O atuador de plasma pode ser operado nos modos "consis-tente" e "inconsistente". No modo "consistente", o atuador de plasma é ope-rado na freqüência de voltagem CA aplicada, por exemplo de 3 a 10 kHz. Afreqüência da voltagem CA aplicada é maior que a freqüência de respostado fluído, e o fluxo de ar está sujeito a uma força de corpo constante fe.

Essas são as vantagens em operar o atuador de plasma no mo·do "inconsistente". No modo "inconsistente", a freqüência CA aplicada é des-ligada e ligada em freqüências menores, reduzindo-se assim até uma fraçãode Hertz, por exemplo. Com relação à Figura 8a, para uma operação incon-sistente a voltagem CA tem seu ciclo ligado e desligado com um período deinconsistência (isto é, a freqüência de força f = 1/(2ττΤ), onde T é o períodoinconsistente). A porcentagem de tempo (funcionamento) dentro do períodoque a voltagem CA está ligada é controlável.

Foi descoberto que a introdução de distúrbios periódicos próxi-mos ao local de separação podem causar a geração de estruturas vorticio-sas coerentes que podem evitar ou atrasar o início da separação. As estrutu-ras vorticiosas podem trazer um intermitente fluído de força cinética para asuperfície, e permitir que o fluxo de ar suporte a pressão adversa gradientesem divergência. A operação inconsistente pode ser usada para instigar asestruturas vorticiosas e instabilidades do fluido que agem para amplificar oefeito do atuador de plasma 1. Descobriu-se que a freqüência de força quefornece o resultado mais desejável ocorre quando o número Strouhal, St=fc/Uoo, é aproximadamente unitário, onde f é a freqüência de força do atua-dor de plasma, c é o comprimento da região separada eU«éa velocidadedo fluxo de ar. Na operação inconsistente, ciclos de funcionamento muitocurtos são possíveis, o que reduz o requisito de força do atuador de plasma.

Por exemplo, um ciclo de funcionamento de 10% reduz o requisito de forçaem 90%.

Por exemplo, os resultados nas Figuras 6e, 6f, 7a, e 7b, foramobtidos com um modo de operação "inconstante" e um ciclo de funciona-mento de 10%. As condições otimizadas correspondem, nestes casos, aosnúmeros Strouhal entre 1.0 e 1.3, com o comprimento da região separadacorrespondendo ao comprimento da corda sem a aba. A força total usada foide aproximadamente 2 watts.

Com relação à figura 9a, os experimentos também foram condu-zidos no qual o aerofólio 20 era oscilante, isto é, o ângulo de ataque era va-riado. Nesses experimentos as chapas extremas 22 eram circulares com umraio de 20 cm. Um eixo rotatório 24 foi acoplado ao centro das chapas ex-tremas 22, no local de dobra do aerofólio, o que corresponde ao local de umquarto da corda, isto é, x/c = 0.25. Um servomotor 26 foi usado para oscilaro eixo. Um controlador 28 foi construído dentro do servomotor 26, apesar deser importante dizer que o controlador 28 pode ser fornecido em separadodo servomotor 26. Dois sinais decodificadores 30, 32 foram usados para de-terminar o ângulo instantâneo de ataque durante um ciclo oscilante do aero-fólio 20.

Com relação à Figura 9b, temos ilustrado o coeficiente de sus-pensão Cl contra o ângulo de ataque α para uma operação consistente.Com o atuador de plasma desligado, mostrado pelos símbolos quadrados, asuspensão aumenta de forma linear até alcançar o ângulo de estol estáticonatural de 14°. A curva sólida representa o prognóstico numérico do casoonde o atuador de plasma está desligado. Quando o atuador de plasma estáligado no modo consistente, mostrado pelos símbolos circulares, o ângulo deestol aumenta até aproximadamente 18°. Isto é, um acordo com a simulaçãonumérica que envolve computar a distribuição da força do corpo, para a dis-posição do eletrodo e adicionar a distribuição da força do corpo para a equa-ção da força cinética.

Com relação à Figura 9c, temos a ilustração da voltagem míni-ma necessária para reagrupar o fluxo da voltagem CA aplicada para a ope-ração inconsistente. A Figura 9d ilustra o coeficiente de suspensão contra oângulo de ataque com o atuador de plasma ligado e desligado, para um nú-mero Strouhal aproximadamente unitário. Essas figuras mostram que quan-do o atuador de plasma é operado no modo inconsistente com um força pe-riódica em St =1, o coeficiente de suspensão e a suspensão foram aumenta-dos para manter um ângulo de ataque α = 22°, o qual é 8o além do ângulode estol estático natural. Os resultados obtidos nas Figuras 9b-d foram con-seguidos com um ciclo de funcionamento de 10%.

Novamente com relação à Figura 9a, o aerofólio 20 foi montadono eixo rotatório 24 para permitir uma variação do ângulo de ataque do aero-fólio 20. Oscilar o aerofólio 20 para variar o ângulo de ataque α é útil para oestudo da retirada de estol de pá em rotores de um helicóptero. Como discu-tido abaixo, o aerofólio estava oscilando em um ciclo periódico sobre seulocal de quarto de corda, para que o ângulo de ataque α = α médio + αmaxsinoot, onde w = 2kv/c. Sob essas condições, um estol dinâmico ocorrequando o aerofólio é curvado sobre seu ângulo de estol estático natural. Asuspensão aumenta inicialmente à medida que o aerofólio se curva e conti-nua a crescer além do ângulo de estol estático. Durante esse processo, umvórtice se forma inicialmente na borda dianteira do aerofólio e costuma serprojetado e conduzido sobre o aerofólio, devolvendo assim um pouco desuspensão. Após o vórtice ultrapassar a borda dianteira da borda traseira, ofluxo se separa por completo. À medida que o aerofólio continua a se curvarpara baixo, o fluxo de ar se reagrupa e o ciclo se repete.

A repetição deste ciclo resulta em uma histerese de ciclo desuspensão. O atuador de plasma 1 foi operado nos modos consistente e in-consistente, para determinar sua habilidade de controlar o ciclo de vida dasuspensão oscilatória e o ciclo de vida da histerese. As Figuras 9e e 9f ilus-tram o coeficiente de pressão como uma função de distância em do sentidoda corda(x/c) para o caso onde o ângulo de ataque α sofreu variação entre7° e 25° no 2° desenvolvimento e k = 0,08. A Figura 9e ilustra o coeficienteno caso onde o atuador de plasma está desligado e a Figura 9f ilustra o casoonde o atuador de plasma é operado no modo consistente.

Como mostrado na Figura 9e, o coeficiente de pressão atinge opico em aproximadamente Cp = -4 em um ângulo de ataque de α = 21°. Àmedida que o ciclo oscilante continua, o coeficiente de pressão diminui e umdesaprumo imenso (característica do vórtice de estol dinâmico) aparece nocoeficiente. Os ângulos subseqüentes do ciclo mostram o movimento do de-saprumo em direção à borda traseira (x/c= 1) o que é consistente com acondução de calor a favor do fluxo do vórtice.

A Figura 9f mostra que com o atuador de plasma operado nomodo consistente, o coeficiente de pressão máxima Cp é aumentado apro-ximadamente até -5.75. Além disso, o atuador de plasma consistente supri-me a formação do vórtice de estol dinâmico, como é provado pela falta deum desaprumo no coeficiente Cp nos ângulos de ataque maiores.

A Figura 9g ilustra o coeficiente de suspensão para o ciclo osci-lante mostrado nas Figuras 9e e 9f. Como mostrado na Figura 9g, durante acurvatura ascendente do ciclo, há um aumento quase linear a medida que ocoeficiente de suspensão com um ângulo de ataque crescente, de aproxi-madamente α = 22°. Acima deste ângulo, há um aumento brusco no coefici-ente de suspensão, o qual corresponde à formação do vórtice dinâmico. Aporção inicial da porção descendente da curvatura do ciclo oscilante, mostrao remanescente do vórtice com um rápido aumento no coeficiente de sus-pensão além de ctmax e o "lóbulo" no ciclo que persiste até aproximadamente22°.

O uso do atuador de plasma no modo consistente mostra aper-feiçoamentos nos casos em que o atuador de plasma está desligado. Duran-te a porção da curvatura ascendente do ciclo oscilante, o coeficiente de sus-pensão é maior que o atuador de plasma consistente para todos os ângulosabaixo de α = 20°. Além do que, o atuador de plasma consistente suprime ovórtice dinâmico e a suspensão associada a ele. Isso fica evidente a partirda eliminação do aumento brusco na suspensão que ocorre em 22° com oatuador de plasma desligado, e o lóbulo no ciclo de vida no início da porçãode curvatura descendente. Além da curvatura inicial ascendente do ciclo os-cilante, e para o restante da porção da curvatura descendente, uma melhoriana suspensão ocorre com o atuador de plasma consistente.

As Figuras 9h - 9l ilustram o coeficiente de pressão como umafunção da distância do sentido da corda(x/c) e as visualizações do fluxo parao atuador de plasma consistente para os ângulos de ataque próximos ao, ejá no pico do ciclo oscilante. Como mostrado nas Figuras 9h e 9i, em α = 21°e α = 23° durante a curvatura ascendente, o atuador de plasma consistentemantém um fluxo agregado na borda dianteira, e fornece um coeficiente depressão Cp de aproximadamente -5. Como também é mostrado na Figura 9i,o coeficiente de pressão não exibe o desaprumo que marca a formação dovórtice dinâmico.

No ângulo máximo de ataque α = 25°, mostrado na Figura 9j, éevidente a falta do desaprumo na pressão. A visualização do fluxo mostrauma bolha de separação que existe quando o atuador de plasma consistenteestá ligado, mas que é consideravelmente menor do que a bolha de separa-ção que existe quando o atuador de plasma está desligado. O coeficiente depressão Cp na borda dianteira ainda é forte e maior do que o coeficiente depressão da borda dianteira, quando o atuador de plasma está desligado. Avisualização de fluxo indica que a borda mais externa do fluxo de ar estátotalmente separada, mas o fluxo de ar mais próximo à superfície aparececomo um recurso coerente que está no local apropriado, e tem o tamanhoapropriado correspondente ao vórtice dinâmico.

Com relação às Figuras 9k e 91, à medida que o aerofólio co-meça a se curvar de forma descendente no ciclo oscilante, o coeficiente depressão da borda dianteira cai ainda mais, e o desaprumo converge para aborda traseira do aerofólio. O fluxo eventualmente se separa, mas não tantoquanto se fosse comparado ao caso onde o atuador de plasma está desliga-do. Os coeficientes de pressão são mais uniformes sobre o aerofólio, comvalores maiores, isto é, mais negativos, dentro do primeiro terço de corda.

Como mostrando na Figura 9m, a freqüência de força de 80 Hzaumentou o coeficiente de suspensão nos ângulos menores, na porção decurvatura descendente do ciclo oscilante. Entretanto, no começo da porçãoda curvatura descendente, o coeficiente de suspensão é mais baixo quandoo atuador de plasma está desligado, ou no caso onde o atuador de plasma éoperado no modo consistente, como mostrado na Figura 9g. A atuação in-consistente também produz uma grande e indesejável queda no coeficientede pressão cw·

A Figura 9n ilustra o coeficiente de suspensão contra o ângulode ataque quando a freqüência de força é de 20 Hz, o que é cinco vezesmaior que o ciclo oscilante de 4 Hz do aerofólio. O St do número Strouhal foiigual a 0.25. A freqüência de força de 20 Hz estimula vórtices por metade deciclo do ciclo oscilante. Os vórtices dentro da zona de separação para o mo-do inconsistente onde St = 0.25 é semelhante à operação do atuador deplasma no modo consistente onde St = 1.

Comparado à freqüência de força de 80 Hz mostrada na Figura9m, a freqüência de 20 Hz produz um coeficiente de suspensão maior sobretoda a porção da curvatura descendente do ciclo oscilante. Isso é mais des-tacado na faixa de 25° > α > 13o. O aerofólio também mantém um alto coefi-ciente de suspensão no fundo da porção da curvatura descendente do ciclooscilante, e este coeficiente de suspensão mais alto persiste pela primeirametade da porção da curvatura ascendente do ciclo oscilante. Esses resul-tados demonstram que um desempenho melhorado do aerofólio propiciadopelo atuador de plasma no modo inconsistente em vez do modo consistente,e quando o atuador de plasma estava desligado, ou quando nenhum atuadorde plasma estava funcionando.

As Figuras 9o - 9q são visualizações do fluxo para a operaçãoinconsistente do atuador de plasma na freqüência de força de 20 Hz. Cadauma dessas visualizações para a atuação inconsistente do atuador de pias-ma mostra uma série de três estruturas em formas de vórtice, bem definidas,e periódicas sobre a superfície do aerofólio. Como mostrado na Figura 9q, aatuação inconsistente do atuador de plasma resulta em um reagrupamentomais rápido do fluxo de ar. Isso se deve a um coeficiente de suspensão mai-or na parte mais baixa da porção da curvatura descendente do ciclo oscilan-te, como já discutido acima na Figura 9n.

O atuador de plasma pode ser operado no modo "smart" no qualele é operado apenas durante porções do ciclo oscilante α = 15o + 100Sinoote k = 0.08 onde era esperado que a atuação melhorasse o ciclo de vida. Umcircuito foi fornecido para usar os sinais codificadores 30, 32, como entradapara desligar e ligar o atuador de plasma seletivamente. Durante o tempoque o atuador estiver ligado, ele poderá ser operado tanto no modo consis-tente quanto inconsistente.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, o atua-dor de plasma foi configurado durante três faixas de ângulo de ataque nociclo oscilante do aerofólio: 1) 15° < α < 20° durante a porção da curvaturadescendente; 2) 23° < α 24° durante a porção da curvatura ascendente, a-través do ângulo de pico de ataque; e 3) 20° < α < 8o durante a porção dacurvatura descendente do ciclo oscilante do aerofólio.

Com relação à Figura 9r, o coeficiente de suspensão contra oângulo de ataque para o modo "smart" de operação do atuador de plasmafornece um aumento no coeficiente de suspensão durante todo o ciclo osci-lante do aerofólio. Após o estol brusco máximo que deixou o ciclo de coefici-ente de suspensão com a forma de lóbulo nas Figuras 9g e 9m ter sidosubstituído por uma diminuição na suspensão com menos histerese. O coe-ficiente de suspensão máximo também não foi perdido nos ângulos maioresde ataque durante a curvatura ascendente do ciclo oscilante, como ocorreudurante a operação do atuador de plasma nos modos consistentes e incon-sistentes, aonde o vórtice dinâmico do estol foi suprimido.

As Figuras 9s - 9u são visualizações de fluxo do aerofólio quan-do o atuador de plasma está desligado, operado no modo consistente, ope-rado no modo inconsistente, e operado no modo "smart".Apesar da presente invenção ter sido descrita como tendo rela-ção com vários tipos de aeronave e superfícies, não deve-se achar que apresente invenção está limitada às mesmas. Por exemplo, os atuadores deplasma de acordo com a presente invenção, podem ser empregados em ou-tras superfícies, tais como fuselagens, ou em aplicações relacionadas a ou-tras áreas, tais como turbinas na geração de força.

Claims

1. Aeronave (40), caracterizada por incluir uma superfície (3)sobre a qual passa um fluxo de ar, e um atuador de plasma (1) de barreiradielétrica simples, configurado para simultaneamente localmente ionizar o aracima da superfície (3) e gerar um vetor de campo magnético de modo aproduzir junto uma força de corpo que atue sobre o ar neural que envolve asuperfície (3) para reduzir a separação do fluxo de ar da superfície (3).

2. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-da pelo fato de que o atuador de plasma (1) inclui um dielétrico (9), um pri-meiro eletrodo sobre o primeiro lado do dielétrico (9) e exposto ao ar queenvolve, um segundo eletrodo coberto por um segundo lado do dielétrico (9),e uma fonte de voltagem de corrente alternada (11) conectada entre os pri-meiro e segundo eletrodos (5, 7).

3. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 2, caracteriza-da pelo fato de que o dielétrico (9) é uma fita de poliimida.

4. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 2, caracteriza-da pelo fato de que o dielétrico (9) é de cerâmica.

5. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 2, caracteriza-da pelo fato de que cada um dos primeiro e segundo eletrodos (5, 7) é umafolha de cobre.

6. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 2, caracteriza-da pelo fato de que as bordas dos primeiro e segundo eletrodos (5, 7) sesobrepõem.

7. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-da pelo fato de que a superfície (3) é fornecida em um aerofólio (42).

8. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 7, caracteriza-da pelo fato de que a aeronave é uma aeronave de rotor inclinado e o aero-fólio é uma asa.

9. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 8, caracteriza-da pelo fato de que a asa inclui uma primeira seção e uma segunda seção, asegunda seção sendo acoplada em um pivô com relação à primeira seção, eo atuador de plasma (1) é fornecido na segunda seção.

10. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 7, caracteri-zada pelo fato de que a aeronave é um helicóptero e o aerofólio (42) é umrotor.

11. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que a superfície (3) é fornecida na fuselagem da aeronave

12. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que a superfície é fornecida em uma nacela da aeronave.

13. Aeronave (40) de acordo com a reivindicação 2, caracteri-zada pelo fato de que a fonte de voltagem de corrente alternada (11) é con-figurada para aplicar voltagem entre os primeiro e segundo eletrodos (5, 7)em uma freqüência estável.

14. Aeronave (40) de acordo com a reivindicação 2, caracteri-zada pelo fato de que a fonte de voltagem de corrente alternada (11) é con-figurada para aplicar uma voltagem entre os primeiro e segundo eletrodos (5,-7) em uma freqüência não estável.

15. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 2, caracteri-zada pelo fato de que a fonte de voltagem de corrente alternada (11) é con-figurada para aplicar seletivamente uma voltagem entre os primeiro e se-gundo eletrodos (5, 7) em uma freqüência estável ou não estável.

16. Aeronave (40) de acordo com a reivindicação 7, caracteri-zada pelo fato de que o atuador de plasma (1) é configurado para gerarplasma sobre uma dimensão no sentido da envergadura inteira do aerofólio(42).

17. Aeronave (40), de acordo com a reivindicação 7, caracteri-zada pelo fato de que o atuador de plasma (1) é fornecido sobre uma bordadianteira do aerofólio (42).

18. Aeronave de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que uma pluralidade de atuadores de plasma é fornecida à su-perfície.

19. Aeronave (40) de acordo com a reivindicação 15, caracteri-zada pelo fato de que a freqüência não estável é selecionada de tal maneiraque o número de Strouhal seja aproximadamente unitário.

20. Método de reduzir separação de um fluxo de ar a partir dasuperfície de uma aeronave, caracterizado por compreender:gerar uma força de corpo que atue sobre o ar neural ao redor dasuperfície, em uma posição onde o fluxo de ar se separaria da superfície naausência da força de corpo, a força de corpo produzida por simultaneamentee localmente ionizar o ar acima da superfície e gerar um vetor de campo elé-trico.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, em que a força decorpo é gerada por um atuador de descarga de plasma (1) de barreira dielé-trica simples que compreende um dielétrico (9), um primeiro eletrodo no pri-meiro lado do dielétrico e exposto ao ar que envolve, um segundo eletrodocoberto por um segundo lado do dielétrico, e uma fonte de voltagem de cor-rente alternada (11) conectada entre os primeiro e segundo eletrodos (5, 7),o método ainda caracterizado por compreender:aplicar uma voltagem de corrente alternada entre os primeiro esegundo eletrodos (5, 7), em uma freqüência estável ou não estável.

22. Método de acordo com a reivindicação 20, em que a força decorpo é gerada por um atuador de descarga de plasma (1) de barreira dielé-trica simples, compreendendo um dielétrico (9), um primeiro eletrodo no pri-meiro lado do dielétrico e exposto ao ar que envolve, um segundo eletrodocoberto por um segundo lado do dielétrico, e uma fonte de voltagem de cor-rente alternada conectada entre os primeiro e segundo eletrodos (5, 7), ométodo ainda caracterizado por compreender:oscilar a superfície (3); eaplicar uma voltagem de corrente alternada entre os primeiro esegundo eletrodos (5, 7), a uma freqüência estável ou não estável.

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizadopelo fato de que a voltagem de corrente alternada é aplicada seletivamentedurante a oscilação da superfície (3).

24. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizadopelo fato de que a freqüência não estável é selecionada de tal maneira que onúmero de Strouhal seja aproximadamente unitário.

25. Estrutura aerodinâmica, caracterizada por compreender:uma superfície (3); eum atuador de descarga de plasma (1) de barreira dielétricasimples, configurado para simultaneamente e localmente gerar um vetor decampo elétrico, o dito atuador de plasma (1) incluindo um dielétrico (9), umprimeiro eletrodo no primeiro lado do dielétrico e exposto ao ar que envolve,e um segundo eletrodo coberto por um segundo lado do dielétrico, uma es-pessura do dielétrico selecionada de modo tal que a ionização do ar e o ve-tor de campo magnético produzam juntos uma força de corpo que atue sobreo ar que envolve a superfície para reduzir a separação do fluxo de ar da su-perfície (3).

26. Estrutura aerodinâmica caracterizada por incluir uma super-fície (3) sobre a qual passa um fluxo de ar, e um atuador de descarga deplasma (1) de barreira dielétrica simples, configurada para simultaneamentee localmente ionizar o ar acima da superfície (3) e gerar um vetor de campomagnético de modo a produzir junto uma força de corpo que atue sobre o arneural que envolve, para reduzir a separação do fluxo de ar da superfície (3).

27. Estrutura aerodinâmica de acordo com a reivindicação 26,caracterizada pelo fato de que o atuador de plasma (1) inclui um dielétrico(9), um primeiro eletrodo no primeiro lado do dielétrico e exposto ao ar queenvolve, um segundo eletrodo coberto por um segundo lado do dielétrico, euma fonte de voltagem de corrente alternada (11) conectada entre os primei-ro e segundo eletrodos (5, 7).