CN101913426A - 一种翼梢涡抑制装置及其抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种翼梢涡抑制装置及其抑制方法，涉及一种利用等离子体技术抑制飞机翼梢涡的装置及其方法。翼梢涡抑制装置设有基板，在基板上表面覆有至少1条上表面电极，在基板下表面覆有至少1条下表面电极，上下表面电极成对交错排布；当基板上下表面覆有至少2对上下表面电极时，各对电极的交错排布方式相同；各上表面电极电连接，各下表面电极电连接，下表面电极表面覆盖介电材料层，上下表面电极分别与交流电源电连接。使用时，将所述翼梢涡抑制装置布置在翼梢的上下表面，对上表面电极和下表面电极加载交流高电压，使气体放电。结构简单、成本低，不需要增加额外重量的机械或气动装置，不改变原有机翼翼面的气动外形，且控制灵活、使用方便。

Description

一种翼梢涡抑制装置及其抑制方法

技术领域

本发明涉及一种利用等离子体技术抑制飞机翼梢涡的装置及其方法。

背景技术

当飞机飞行时，在其后面都会产生尾流，当后面的飞机进入前面飞机的尾流区时，会出现机身抖动、下沉、飞行状态改变、发动机停车，甚至飞机翻转等现象。对于小型飞机，这种情况更加严重，当小型飞机尾随大型飞机起飞或者着陆时，如果处置不当就会发生飞行事故，这其中尾涡的影响因素最大。

飞机的尾涡是一对在机翼翼梢上产生的、向下游发展而且方向相反的闭合漩涡，它不但影响尾随飞机的飞行安全，还是飞机自身诱导阻力的主要来源。目前，为了抑制尾涡，所采取的方法多是在飞机上加装翼梢小翼、端板或翼梢帆片等，这在一定程度上减小了尾涡，并对增加飞机推力有一定作用。然而，美中不足的是这些结构不可避免地增加了飞机的结构重量，也增加了燃油消耗率和运营成本。

公开号为CN101596934的发明专利申请公开了一种翼梢涡扩散器装置。它由上、下小翼组成，上、下小翼起到端板的作用，阻挡下翼面气流往上翼面流动；上小翼与下小翼的翼型均为对称翼型，这种形状可避免在超临界气流条件下出现强激波，可避免额外的波阻；两小翼相对机翼翼梢有一定的偏转，从而提高了机翼的升力。该发明的优点在于：削弱了翼梢涡和尾涡的强度，削弱机翼的下洗流场，使诱导阻力减少。但若要对已出厂飞机使用该法进行改装，不仅一定程度地增加了飞机的重量，加大了机翼的载荷，而且对原飞机机翼结构强度和施工难度提出了挑战。

公开号为CN1953900的发明专利申请公开了一种用于控制尾流的方法和装置，其原理是在或接近翼梢的外端部分的位置将喷流排放到涡流内，喷流循环地前后运动。该循环运动可以是高频或低频，从而部分地减少涡流的强度。为了实现喷流，不可避免地要加装气源管道与泵，以及增加喷嘴等装置，同样也会增加飞机的重量，并消耗发动机的产生的能量。其对机翼翼梢的改造难度甚至大于上述专利。

公开号为CN101160236的发明专利申请公开了一种减少飞行器尾流湍流的系统和方法，通过附连在飞行器机翼端部的部件做周期性的铰接运动来干扰翼梢处的气流运动。该机构为铰接在翼梢端部的两条细长薄板部件，当两个部件不工作时可以紧贴在翼梢端部，当两个部件工作时，根据控制系统的命令以各自确定的偏转角度在平行于翼梢端部的平面内做周期性的运动。该发明的问题是机构复杂，需要附加的驱动系统，而且部件单薄，结构强度差，易损坏。

飞机的尾涡是一对沿着翼梢向下游发展的、方向相反的闭合漩涡，它不但影响尾随飞机的飞行安全，还是飞机自身诱导阻力的主要来源。目前，为了抑制尾涡，所采取的方法多是在飞机上加装翼梢小翼、端板或翼梢帆片等，这在一定程度上减小了尾涡，并对增加飞机推力有一定作用。然而，美中不足的是这些结构不可避免地增加了飞机的结构重量，也增加了燃油消耗率和运营成本。而本发明可以有效地避免这些缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的飞机为了抑制尾涡，采取在飞机上加装翼梢小翼、端板或翼梢帆片等措施，而造成增加飞机的结构重量、燃油消耗率和运营成本等问题，提供一种翼梢涡抑制装置，所述翼梢涡抑制装置能在不改变机翼翼梢气动外形的前提下利用等离子体抑制翼梢涡。

本发明的另一目的在于提供一种抑制翼梢涡的方法。

本发明的技术方案是利用机翼翼梢处产生的等离子体，控制翼梢附近的气体流动，进而改变翼梢处的流场，对翼梢涡加以抑制，从而减小机翼的诱导阻力和减弱飞机的尾流。

本发明所述翼梢涡抑制装置设有基板，在基板上表面覆有至少1条上表面电极，在基板下表面覆有至少1条下表面电极，上表面电极与下表面电极成对交错排布；当基板上表面和下表面覆有至少2对上表面电极与下表面电极时，各对上表面电极与下表面电极的交错排布方式相同；上表面电极和下表面电极的尺寸满足以下关系：D1＜D2，D3-D1＜D4-D3，其中D1为同一对上表面电极与下表面电极的上表面电极的宽度，D2为同一对上表面电极与下表面电极的下表面电极的宽度；D3为同一对上表面电极与下表面电极中上表面电极外侧与下表面电极外侧的距离，D4为相邻两对上表面电极与下表面电极的上表面电极同侧之间的距离；各上表面电极电连接，各下表面电极电连接，下表面电极表面覆盖介电材料层，上表面电极和下表面电极分别与交流电源电连接。

所述基板为绝缘电介质材料板，所述绝缘电介质材料板，可选自陶瓷板、聚四氟乙烯纤维板或环氧树脂玻璃纤维板等。

所述上表面电极和下表面电极最好为条状电极。

所述上表面电极的厚度可为0.05～0.15mm，下表面电极的厚度可为0.05～0.15mm，所述介电材料层的厚度大于5倍下表面电极厚度，以阻挡下表面电极放电。基板的厚度要求能承受所加载的高电压不被击穿。

本发明所述抑制翼梢涡的方法为：

将所述翼梢涡抑制装置布置在翼梢的上表面和下表面，对上表面电极和下表面电极加载交流高电压，使气体放电。

本发明所述抑制翼梢涡的方法是利用放电生成等离子体诱导定向气流的原理，产生与原翼梢表面流场流速相反的诱导气流，即在翼梢的上表面产生沿翼展向外流动的诱导气流，在翼梢下表面产生沿翼展向内流动的诱导气流，以此抑制翼梢涡的形成或削弱翼梢涡的强度。

本发明所述翼梢涡抑制装置不仅具有结构简单、制作成本低、不需要额外的机械(转动)部件或气源管道等优点，而且不改变原有机翼翼面的气动外形等；其结构参数可根据具体的工程需求进行调整，以期达到抑制翼梢涡的作用；工作中可以根据实际需求，通过调节加载电压以满足对翼梢涡的抑制作用的不同要求。

本发明并不限定电极对的数量，电极形状最好为条状，但在设计翼梢涡抑制装置时，应使气体放电诱导的气流能够破坏翼梢涡的形成。

附图说明

图1为翼梢涡产生的原理斜俯视示意图。

图2为翼梢涡产生的原理前视示意图。

图3为本发明所述翼梢涡抑制装置实施例的结构组成示意图。

图4为本发明所述翼梢涡抑制装置实施例工作时诱导定向气流原理图。

图5为本发明所述翼梢涡抑制装置实施例在机翼翼梢上表面位置的俯视示意图。

图6为本发明所述翼梢涡抑制装置实施例的横断剖面B-B结构及诱导气流的示意图。

具体实施方式

以下实施例将以上表面电极和下表面电极为平行直线加以说明。

如图1和2所示(图2为图1的A向视图)，当飞机飞行时，机翼上下表面存在气压差，上表面是低气压区P，压力小，下表面是高气压区Q，压力大，气流U流经机翼表面时在机翼翼梢的上表面有向远离翼梢方向(朝向机身J)运动的分量，在机翼翼梢的下表面有朝向翼梢方向(远离机身J)运动的分量，其结果是在两个翼梢边缘各产生一个向上卷起的漩涡S。

如图3所示，安装在机翼翼梢表面上的翼梢涡抑制装置，其基板1为绝缘电介质材料，在基板的上表面覆有至少1条上表面电极，在基板的下表面覆有至少1条下表面电极；下表面电极表面覆盖介电材料层2；上表面电极3与下表面电极4是直线型并成对平行交错排布；上表面电极3和下表面电极4的尺寸满足以下关系：D1＜D2，D3-D1＜D4-D3，其中D1为同一对上表面电极3与下表面电极4的上表面电极3的宽度，D2为同一对上表面电极3与下表面电极4的下表面电极4的宽度；D3为同一对上表面电极3与下表面电极4中上表面电极外侧与下表面电极内侧的距离，D4为相邻两对上表面电极3与下表面电极4的上表面电极同侧之间的距离。

等离子诱导定向气流的示意图如图4所示，翼梢涡抑制装置各上表面电极3电连接，各下表面电极4电连接，当上表面电极3和下表面电极4分别与交流高压电源AC的两输出端电连接时，气体放电产生等离子体，同时诱导定向气流I。由上表面电极与下表面电极之间的相对交错位置决定诱导气流I的方向如图中箭头所指。在图4中，标记1为基板，2为介电材料层。

如图5所示，在机翼5的翼梢6处的上下表面布置翼梢涡抑制装置7(机翼翼梢下表面对称布置，图中未标出)。翼梢涡抑制装置7的上表面电极3平行于翼梢边缘。电极对的数量可以根据实际需要进行选择，上表面电极与下表面电极加载交流高电压AC。在图5中，标记U为气流方向。

如图6所示，图5的A-A剖面显示了翼梢上下表面均布置有翼梢涡抑制装置，同时加载交流高电压AC，当翼梢涡抑制装置工作时，在上表面电极3和下表面电极4之间的强电场作用下，气体放电产生等离子体将诱导定向气流。翼梢上表面诱导气流R方向沿翼展向外(朝远离机身方向)，翼梢下表面诱导气流L方向沿翼展向内(朝向机身方向)。气流L和R的运动方向与形成漩涡的翼梢6上下表面的气流运动方向相反，阻碍了翼梢涡的形成，削弱了翼梢涡的强度，从而实现对翼梢涡的抑制作用。

Claims (7)

1.一种翼梢涡抑制装置，其特征在于设有基板，在基板上表面覆有至少1条上表面电极，在基板下表面覆有至少1条下表面电极，上表面电极与下表面电极成对交错排布；当基板上表面和下表面覆有至少2对上表面电极与下表面电极时，各对上表面电极与下表面电极的交错排布方式相同；上表面电极和下表面电极的尺寸满足以下关系：D1＜D2，D3-D1＜D4-D3，其中D1为同一对上表面电极与下表面电极的上表面电极的宽度，D2为同一对上表面电极与下表面电极的下表面电极的宽度；D3为同一对上表面电极与下表面电极中上表面电极外侧与下表面电极外侧的距离，D4为相邻两对上表面电极与下表面电极的上表面电极同侧之间的距离；各上表面电极电连接，各下表面电极电连接，下表面电极表面覆盖介电材料层，上表面电极和下表面电极分别与交流电源电连接。

2.如权利要求1所述的一种翼梢涡抑制装置，其特征在于所述基板为绝缘电介质材料板。

3.如权利要求2所述的一种翼梢涡抑制装置，其特征在于所述绝缘电介质材料板，选自陶瓷板、聚四氟乙烯纤维板或环氧树脂玻璃纤维板。

4.如权利要求1所述的一种翼梢涡抑制装置，其特征在于所述上表面电极和下表面电极为条状电极。

5.如权利要求1或4所述的一种翼梢涡抑制装置，其特征在于所述上表面电极的厚度为0.05～0.15mm，下表面电极的厚度为0.05～0.15mm。

6.如权利要求1所述的一种翼梢涡抑制装置，其特征在于所述介电材料层的厚度大于5倍基板下表面电极厚度。

7.抑制翼梢涡的方法，其特征在于将如权利要求1所述翼梢涡抑制装置布置在翼梢的上表面和下表面，对上表面电极和下表面电极加载交流高电压，使气体放电。

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