CN106553754B - 用于主动流控制等离子体源的嵌入式电介质结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种飞行器主动流控制电介质阻挡放电(DBD)装置，其可以包括可机械加工的陶瓷电介质支架，该支架具有空气动力学表面，该空气动力学表面的形状被设计以形成飞行器上的翼型表面的暴露的齐平部分。DBD装置可以包括至少两个电极，该至少两个电极被配置为相对充电，并且在电介质支架上彼此间隔开。

Description

用于主动流控制等离子体源的嵌入式电介质结构

技术领域

本申请总体涉及改进穿过飞行器的空气动力学表面的流控制。更具体地，公开的实施例涉及用于经由嵌入式电介质结构在空气动力学表面附近产生等离子体的系统和方法。

背景技术

当飞行器飞行时，飞行器上空气动力学结构的性能由结构与周围空气的相互作用所决定。这些相互作用能够导致经过的空气的层流、湍流或两者的组合。相互作用也可以负责飞行所需要的提升力和阻力。

飞行器的空气动力学表面被设计以操纵和/或控制表面与周围空气的相互作用。例如，飞机机翼的形状被设计以使机翼上面的气流的速度不同于机翼下面的气流的速度，从而产生升力。在飞行期间，一些空气动力学表面能够通过延伸襟翼、激活副翼、移动方向舵或其它此类机械装置来改变它们的形状，从而改变表面与经过的空气的相互作用。

改变飞行器的空气动力学表面上的气流的非机械方法涉及主动流控制等离子体源的使用，例如，电介质阻挡放电(DBD)装置，以在飞行器飞行时在空气动力学表面附近产生等离子体层。等离子体层通常具有比邻近等离子体的经过的空气层更低的压力。这种更低的压力可以比在省去DBD装置的情况下朝空气动力学表面更强地吸引经过的空气。

在实验室环境中已经示出了利用DBD装置。但是，在实验室中使用的材料不能使它们在飞行器上实现。例如，许多DBD装置由多种多层柔性带条构造，这些多层柔性带条被连续地应用到实验室模型的现有空气动力学表面。这些带条结构具有三个缺点。第一，它们不坚固并且在存在它们产生的等离子体的情况下可能会过早地损坏。第二，它们不可扩展并且应用到全尺寸的飞行器将是困难的。第三，对现有飞行器应用附加结构可能对飞行器的空气动力学性质产生不利地影响。

发明内容

一种飞行器主动流控制电介质阻挡放电(DBD)装置可以包括可机械加工的陶瓷电介质支架，该支架具有空气动力学表面，该空气动力学表面的形状被设计以形成飞行器上的翼型表面的暴露的齐平部分。该DBD装置可以包括至少两个电极，该至少两个电极被配置为相对充电并且在所述电介质支架上彼此间隔开。

另一个DBD装置可以包括刚性电介质壳体，该刚性电介质壳体具有外部空气动力学表面，该外部空气动力学表面的形状被设计以形成飞行器上的翼型结构的一部分。该DBD装置可以包括连结到壳体的外部空气动力学表面的暴露的电极和由壳体覆盖并且与暴露的电极间隔开的掩埋的电极。该DBD装置可以包括导电接口结构，该导电接口结构被配置为将电极电连接到电压源，该电压源被配置为在暴露的电极和掩埋的电极的两端施加电位差。

一种改进空气动力学表面的空气动力学性质的方法可以包括将刚性DBD装置连接到翼型结构。该DBD装置可以包括与翼型结构的空气动力学表面齐平放置的刚性电介质载体。该方法可以进一步包括通过在暴露的电极和掩埋的电极两端施加交流电位差来控制邻近翼型结构的空气动力学表面的气流。施加电位差由此可以在DBD装置的上表面附近产生等离子体。

本公开提供了多种设备和使用多种设备的方法。在一些实施例中，设备可以包括布置在空气动力学结构中的凹口内的刚性电介质和布置在刚性电介质的相对侧上的一对电极。在一些实施例中，方法可以包括将刚性DBD装置连接到空气动力学表面，使得电介质与空气动力学表面齐平放置。

这些特征和功能可以在本公开的多种实施例中独立地实现，或可以在其它实施方式中组合，其中进一步的细节参考下文描述和附图可见。

附图说明

图1是在空气动力学结构中嵌入的电介质阻挡放电(DBD)装置的示意性截面视图。

图2是DBD装置和空气动力学结构的实施例的分解视图，其示出结构中的凹口被配置为接收DBD装置。

图3是图2的DBD装置和空气动力学结构的未分解的视图，其示出DBD装置嵌入在结构内。

图4是飞行器的透视图，其示出DBD装置可以被嵌入的预期的空气动力学表面。

图5是另一个飞行器的透视图，其示出DBD装置可以被嵌入的预期的空气动力学表面。

图6是图示说明改进空气动力学表面的空气动力学性质的方法的流程图。

具体实施方式

概述

下面描述了并且在相关的附图中示出说明了具有刚性结构并且被配置为嵌入到空气动力学结构内的电介质阻挡放电(DBD)装置的多种实施例。除非另有说明，否则DBD装置和/或其各种组件可以但不必须包含本文中描述、示出说明和/或合并的结构、组件、功能和/或变体。此外，结合现有教导，本文中描述、示出说明和/或合并的结构、组件、功能和/或变体可以但不必须被包括在其它主动流控制等离子体源中。各种实施例的以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨意限制本公开、其应用或使用。另外，如下所述，实施例提供的优点本质上是说明性的，并且并非所有的实施例提供相同的优点或相同程度的优点。

示例、组件和替代方案

以下部分描述示例DBD装置选定的方面以及相关的系统和/或方法。在这部分中的示例仅供说明并且不应当理解为限制本公开的整体范围。每部分可以包括一个或多个不同的发明和/或环境、或相关信息、功能和/或结构。

示例1：

这个示例描述了说明性的DBD装置，如图1所示。

图1是DBD装置的示意性截面视图(通常指示为10)，其嵌入到空气动力学或翼型结构12内。空气动力学结构12可以是三维结构并且在垂直于图1的平面的方向上延伸。空气动力学结构的示例包括但不限于：飞行器的机翼、直升机桨叶或旋翼桨叶或其它控制表面，诸如襟翼、缝翼、副翼、扰流板、小翼、起落架支架或其它结构。DBD装置10可以包括电介质14、暴露的电极16和掩埋的电极18。

电介质14可以是具有用于该用途的适当的电和机械性质的任意材料。电介质14可以由可机械加工的陶瓷材料制成，例如，Macor^TM可机械加工的玻璃陶瓷和类似类型的可机械加工的(多种)陶瓷材料和/或氧化铝和类似类型的细粒度、多晶微观结构可机械加工的陶瓷。可机械加工的陶瓷可以具有它们能够相对容易地被机械加工以生成任意形状的优点。电介质14可以充当暴露的电极和掩埋的电极的支架。可机械加工的陶瓷也可以具有与DBD装置上的实验室试验中使用的柔性带条结构类似的电介质强度。

暴露的电极16可以是任意适合的电极或金属材料。暴露的电极16可以是在粘附到DBD装置10之前具有一定程度的硬度的零件，诸如薄金属带。替代地，暴露的电极可以被等离子喷雾、电镀或以其它方式直接沉积在电介质14上。这种沉积技术可以导致较薄的暴露的电极，其可以是空气动力学有利的。在电介质14是可机械加工的陶瓷的情况下，等离子喷雾可以是适当的，因为陶瓷能够承受在这种沉积技术期间生成的高温。暴露的电介质16可以是耐火金属，诸如钼或钨或更常见的金属，诸如铜等。

掩埋的电极18可以是任意适当的电极或金属材料。由于掩埋的电极18可以被掩埋在空气动力学结构12中的电介质14下面，所以掩埋的电极18可以不与穿过空气动力学结构上的空气相互作用。因此，对掩埋的电极的厚度和使用材料的存在较少的约束。掩埋的电极18在粘附到DBD装置10之前可以是具有一定程度的刚度的零件，诸如薄金属带。替代地，掩埋的电极可以被沉积在电介质14上。

在另一替代方案中，掩埋的电极18可以不被认为是DBD装置的组件并且反而可以被附连到空气动力学结构12。在这种情况下，一旦DBD装置被安装到空气动力学结构中，掩埋的电极就可以与电介质14接触。

如上所述，暴露的电极16和掩埋的电极18可以可操作地耦接到电介质14。这两个电极可以被配置为布置在电介质的相对侧上。以此方式，DBD装置10可以与电容器类似，因为DBD装置10可以具有布置在绝缘体或电介质的相对侧上的两个导体。电介质14可以被认为是承载两个电极的壳体。

作为一个标准的电容器，两个电极可以在竖直方向20上彼此分开。根据电介质的性质和施加的电压，两个电极之间的竖直距离可以在1-5mm的范围内。这个竖直间距可以与电介质14在竖直方向20上的厚度相同。替代地，如果一个或两个电极被布置在电介质14内，则该电介质的厚度可以大于两个电极之间的竖直间距。

与标准的电容器相比，两个电极可以在水平方向上彼此分开。关于空气动力学结构12，掩埋的电极18可以从暴露的电极16沿下风方向或下游方向22被隔开。相反，暴露的电极16可以从掩埋的电极18沿逆风方向或上游方向24被隔开。如上所述，暴露的电极和掩埋的电极可以彼此重叠，或它们的边缘可以在竖直方向上对齐。

两个电极16和18可以在竖直方向上具有大约0.1到1.0mm范围的厚度，但是其它范围也是可能的。在水平方向上，例如22或24，暴露的电极可以具有大约5mm的宽度，但是其它宽度也是可能的。掩埋的电极可以比暴露的电极宽四倍到五倍，但是其它宽度也是可能的。

DBD装置10可以可操作地耦接到电压源26。电压源26也可以被认为是DBD装置10的电源。电压源26可以被配置为在暴露的电极和掩埋的电极两端施加电位差。施加的电位差可以是直流(DC)电压、脉冲DC电压、或交流(AC)电压。也就是说，两个电极的相对极性可以是固定的或交替的。如果施加的电压不是恒定的，则不需要严格地按照正弦曲线图形交替。具有锯齿形、三角形或脉冲形等许多其它形状的非恒定电压也是可能的。在两个电极两端施加电位差将在两个电极之间或周围产生电场。

标准的电容器在两个导体之间的区域内产生基本上均匀的电场并且在该区域外侧产生最小的“边缘”电场。相反，由于两个电极之间的水平间距，DBD装置10可以在两个导体之间的区域内产生非均匀的电场并且在该区域外产生基本的边缘场。随着电场趋于最接近导体的尖锐边缘(sharp edge)，电场可以最接近暴露的电极的下游边缘28。

随着翼型结构12移动通过周围空气，空气可以流过翼型的表面30，由箭头32指示气流的方向。当该空气经过接近暴露的电极16的下游边缘28的强电场时，经过的空气的一部分可以被电离并且形成等离子体34。等离子体34可以位于接近电介质14的外部表面36并且在掩埋的电极18上方。陶瓷材料可以在不退化的情况下具有比其它电介质结构更能够抵抗等离子体34的存在的优点。

等离子体34可以影响在空气动力学结构12上方经过的空气。等离子体34可以表征比在翼型12上经过的非电离空气更低的空气压力的区域。这可以导致在翼型上沿方向20的向上力。也就是说，在翼型的上表面上，等离子体34的存在可以导致施加到翼型的附加升力。替代地，如果经过的空气即将从翼型12的表面30分开，并且产生空气动力学失速，则等离子体34的较低压力区域可以向经过的空气施加向下力，从而防止或延迟失速。这可以允许翼型12在诱导失速之前以较大的迎角移动通过经过的空气。

DBD装置10可以被布置在空气动力学结构12中的凹口38内。凹口的尺寸可以被设计以接收DBD装置，使得电介质14的外部表面36形成翼型的表面30的暴露的齐平部分。也就是说，电介质的外部表面可以形成光滑连续的翼型表面。如果翼型的外部表面是大致平坦的，则电介质的外部表面也可以是平坦的，基本上连续翼型的表面的平面。如果翼型的表面是弯曲的，则电介质的表面也可以是弯曲的，使得电介质的外部表面和翼型共同形成一个连续的空气动力学表面。

布置在凹口38内的DBD装置10可以被布置在空气动力学结构12的前缘40附近。翼型的前缘可以是在逆风方向24上布置的最远的翼型的一部分。如果在其它方位处期望主动气流控制，则DBD装置10可以被布置在翼型12的其它方位处。

DBD装置10可以包括导电接口结构42，导电接口结构42被配置为将电极电连接到电压源26。导电接口结构可以是被配置为配合翼型上对应结构的任意适合的结构，以便建立电压源26与电极16和18之间的电连接。例如，导电接口结构42可以包括被配置为连接到电压源26的一个或多个插头结构44。连接线46可以包括在翼型12中，该连接线被配置为将DBD装置连接到电压源或电源。

DBD装置10可以包括控制器48。控制器48可以被编程以改变从电压源供应到电极的功率。控制器48可以改变供应的功率量，以及施加到电极两端的电位差的各种特性，诸如施加的电源的幅度、频率和波形。控制器48可以按照用户(诸如飞行员)的命令操作或自动地操作。例如，如果与预定的速度阈值交叉、如果预定的翼型的迎角被超出或任意其它标准与临界值交叉，则控制器48可以被编程以在起飞、着陆期间激活DBD装置10。

DBD装置10的替代实施例可以具有部分嵌入电介质14内的暴露的电极，例如，在以虚线指示的方位50处。在该替代实施例中，暴露的电极可以与空气动力学结构12的空气动力学表面30齐平放置。因此，暴露的电极、电介质的外部表面36的一部分和空气动力学表面30可以共同形成连续的空气动力学表面。然后，当DBD装置处于未激活状态时，该替代实施例可以不影响空气动力学结构的空气动力学性质。

DBD装置10的另一替代实施例在混合或角位置可以具有暴露的电极，其中暴露的电介质14的上游边缘52嵌入电介质14中，并且与空气动力学结构的表面齐平，同时暴露的电极的下游边缘28位于电介质14的外部表面36的上面。

示例2：

这个示例描述了DBD装置的说明性实施例，该DBD装置可以用作主动气流控制的等离子体源，如图2和图3中所示。

图2是示例性DBD装置(通常以100指示)以及空气动力学结构102的实施例的分解视图，其结构中的凹口104被配置为接收DBD装置。

空气动力学结构102在图2中被示出具有翼型的形状。在飞行操作期间，空气可以大体沿箭头106所指示的方向移动穿过空气动力学结构。凹口104可以被定位在翼型102的前缘108附近。凹口104的尺寸可以被设计并且被配置以接收DBD装置100的组件部分。

DBD装置100可以包括刚性电介质壳体110、暴露的电极112和掩埋的电极114。DBD装置100可以被配置为通过任意适当的机构附连到翼型结构102。以DBD装置可以相对容易的移除或替换的方式可操作地将DBD装置100耦接到翼型可能是有利的。例如，DBD装置100可以经由一个或多个螺栓116被附连，虽然其它附连机构也有可能，诸如经由螺丝、铆钉、销，或仅简单地通过紧压咬合(snap)到位等。

刚性的电介质壳体110可以包含陶瓷材料。例如，壳体110可以是可机械加工的陶瓷材料，诸如马科尔TM(Macor^TM)可机械加工的玻璃陶瓷、氧化铝或其它类型的细粒度、多晶微观结构可机械加工的陶瓷。暴露的和掩埋的电极可以被安装到壳体110或以其它方式可操作地耦接到壳体110。DBD装置可以作为整体被放置到凹口104内，并且当组件中的一个恶化时，DBD装置可以被可逆地抽出用于替换装置的目的。

暴露的电极112可以被连结到壳体110的外部空气动力学表面118。暴露的电极可以是当未如图2所描述的附连到壳体10时，能够维持形状的半刚性构件。替代地，暴露的电极112可以通过本领域技术人员所熟悉的沉积技术被沉积在壳体110上。

掩埋的电极114可以是任意适合的导体，并且当DBD装置100被布置在凹口104内时，掩埋的电极114可以被壳体覆盖。掩埋的电极可以在远离空气动力学表面118的竖直方向上和下风方向106上与暴露的电极隔开。掩埋的电极114可以替代地被嵌在壳体110内。

正如DBD装置10，DBD装置100可以包括被配置为将电极电连接到电压源的导电接口结构，该电压源配置为在暴露的电极和掩埋的电极两端施加电位差。接口可以包括插头结构，插头结构被配置用于连接到AC电源。DBD装置100可以包括控制器，控制器被编程以改变从电压源供应到电极的功率。

图3是DBD装置的100和空气动力学结构102的未分解的视图，其示出DBD装置嵌入在结构中的凹口内。壳体110的外部空气动力学表面118的形状可以设计以形成翼型结构102的一部分。也就是说，电介质的暴露的表面118可以形成空气动力学结构102的光滑连续的空气动力学表面120。如此配置，DBD装置100可以在DBD装置100未处于激活状态时对在空气动力学结构上的空气的流动产生最小的影响。暴露的电极112可以是薄的，例如，在0.1到1.0mm的范围内。这种薄的暴露的电极可以在DBD装置未激活状态时最小地影响经过的空气。

示例3：

这个示例描述了DBD装置在各种示例性飞行器上可能的安装方位，如图4和图5所示。

图4是示例性飞行器的透视图，具体地是直升机，通常以200指示。飞行器200可以包括空气动力学结构，诸如一个或多个主旋翼桨叶202、一个或多个尾旋翼桨叶204、尾翼206或一个或多个机翼208等。这些空气动力学结构中的任意一个上的气流可以通过添加主动气流控制装置(诸如DBD装置10或100)而被改进。

例如，DBD装置可以被嵌入在主旋翼桨叶202内在旋翼桨叶的前缘210附近。DBD装置(诸如10或100)可以具有被定制以适合其中该装置可以被嵌入的空气动力学结构的长度的长度。例如，单一长度的DBD装置可以沿桨叶的大部分长度被布置在旋翼桨叶202内。替代地，DBD装置可以具有较短的长度，例如，大约0.5米。这种较短的DBD装置可以被安装在桨叶的速度将是最大的旋翼桨叶的前缘210和尖端212附近。在另一替代方案中，多个DBD装置可以沿旋翼桨叶的长度被连续地布置，从而使用多个较短的DBD装置跨越桨叶的大部分长度。一个或多个类似的或可变长度的DBD装置可以被布置在直升机200的任意相关的空气动力学结构的空气动力学表面附近。根据相关表面的空气动力学性质，在表面的前缘附近布置DBD装置将可能或不可能是有利的。

图5是另一示例性飞行器的透视图，具体地是飞机，通常以300指示。飞行器300可以包括空气动力学结构，诸如一个或多个机翼302、竖直稳定器或尾翼304、一个或多个水平稳定器306、机身308、发动机整流罩和各种起落架结构等。这些结构中的任意一个外加一个或多个DBD装置(诸如DBD装置10或100)可以具有改进的气流特性。

正如直升机200上的旋翼桨叶202的前缘，一个长的或多个短的DBD装置可以被嵌入在机翼302内在机翼的前缘310附近。替代地，一个或多个DBD装置可以被嵌入在机翼302内在一个或多个襟翼312附近。DBD装置可以被布置在稳定器304和306的前缘附近，并且在机身308的前缘314附近，也就是说在飞行器的机头附近。

在一些实施例中，DBD装置可以具有大约2米的长度。DBD装置可以要求每纵尺(1inear foot)2-5瓦特范围的功率，但是其它范围也是可能的。采用较短的DBD装置可能是有利的，因为DBD装置可以是更多的模块，并且任意单一装置可以被配置为嵌入在飞行器上的多于一个空气动力学结构内。

示例4：

这个示例描述了用于改进空气动力学表面的空气动力学性质的说明性方法，该空气动力学表面可以被用于与本文所描述的任意装置相结合，如图6所示。

图6描绘了用于改进空气动力学表面的空气动力学性质的方法(通常以400指示)的多个步骤。方法400可以被用于与参考图1-5描绘的和描述的任意DBD装置相结合。虽然以下描述了并且图6中描绘了方法400的各种步骤，但是这些步骤不必要都被执行，并且在一些情况下可以按照与所示顺序不同的顺序来执行。

方法400可以包括将刚性电介质阻挡放电(DBD)装置连接到翼型结构的步骤402。DBD装置可以包括与翼型结构的空气动力学表面齐平放置的刚性电介质载体。将DBD装置连接到翼型结构可以包括将DBD装置固定到翼型结构的凹口内。DBD装置可以经由螺栓、螺丝、铆钉插头机构或任意其它适合的附连装置被固定。DBD装置可以以配置为插入到翼型结构的管壳的形式被提供。

DBD装置可以包括刚性电介质载体。例如，DBD装置10的电介质14或DBD装置100的壳体110可以被认为是刚性电介质载体。在DBD装置被连接到翼型结构的情况下，刚性电介质载体可以与翼型结构的空气动力学表面齐平地放置。当齐平放置时，刚性电介质载体的暴露的表面可以光滑地连续位于载体的暴露的表面附近的空气动力学表面的一部分。

方法400可以包括通过在暴露的电极和掩埋的电极的两端施加交流电位差来控制邻近翼型结构的空气动力学表面的气流的步骤404。暴露的电极和掩埋的电极可以在刚性电介质载体两端彼此间隔开。暴露的电极可以被布置在载体的暴露的表面上，并且掩埋的电极可以在翼型结构内被掩埋在载体下面。掩埋的电极可以被布置在暴露的电极的下风处。

施加到电极两端的交流电位差可以具有正弦振荡幅度。替代地，其它波形(诸如三角形波、锯齿波或连续的脉冲)也是可能的。电位差可以通过将电压源通过导电接口结构连接到电极而被施加到电极两端。连接可以在与DBD装置被连接到翼型机构基本上相同的时间进行。

将交流电位差施加到电极可以由此在电介质阻挡放电装置的上表面附近产生等离子体。等离子体可以如参考DBD装置10和图1所描述的产生。等离子体附近的DBD装置的上表面可以是包括在DBD装置中刚性电介质载体的暴露的表面。等离子体可以被布置在掩埋的电极上。

方法400可以包括拔出和替换DBD装置的可选步骤406。DBD装置的组件可能随着时间、暴露于外侧元件以及甚至暴露于由DBD装置本身产生的等离子体而恶化。为了更好地抵抗暴露于等离子体，由可机械加工的陶瓷形成刚性电介质载体可以是优选的。在描述DBD装置100的示例2中，拔出和替换DBD装置可以像移除一对螺栓、移除DBD装置、插入新装置并且使用一对螺栓固定新装置一样简单。技术人员可能在几分钟内完成这项任务。

方法400可以包括将交流电位差施加到电极两端的可选步骤408。电位差可以被用户(诸如飞行员)改变。替代地或附加地，电位差可以在控制器装置的命令下被改变。电位差可以在由用户选择的时间处被改变或当满足预定标准时自动地改变。例如，至少部分基于飞行器的空速，电位差可以被改变。在另一示例中，至少部分基于翼型结构的迎角，电位差可以被改变。当飞行器已经达到某一速度或当翼型机构的迎角已经达到某一值时，改进空气动力学表面的空气动力学性质可能是重要的。

示例5：

该部分描述实施例的其它方面和特征，这些方面和特征被展示而不限于一系列段落，为了清晰和有效率起见，它们中的一些或全部可以按照字母数字被指定。这些段落中的每一个可以以任意适合的方式与其它一段或多段，和/或与本申请中其它位置处的公开内容组合。下面的一些段落明确地参考并且进一步限制其它段落，提供但不限于一些适合的组合的示例。

A1.一种飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，包含：

可机械加工的陶瓷电介质支架，其具有空气动力学表面，该空气动力学表面的形状被设计以形成飞行器上的翼型表面的暴露的齐平部分；以及

至少两个电极，其被配置为相对充电并且在电介质支架上彼此间隔开。

A2.根据权利要求A1所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中该装置在翼型表面的前缘附近。

A3.根据权利要求A1所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中至少两个电极被配置为接收交流电位差。

A4.根据权利要求A1所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中至少两个电极中的第一电极被布置在电介质支架的空气动力学表面上，而至少两个电极中的第二电极被掩埋在电介质支架下面。

A5.根据权利要求A4所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中第二电极被布置在第一电极的下风处。

A6.根据权利要求A5所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中第二电极具有至少两倍第一电极的宽度的宽度，如在下风方向上测量的。

A7.根据权利要求A1所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，进一步包含导电接口结构，其被配置为将至少两个电极电连接到电压源，该电压源被配置为在至少两个电极中的两个的两端施加电位差。

A8.根据权利要求A7所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中导电接口结构包括插头结构，该插头结构被配置用于连接到AC电源。

A9.根据权利要求A8所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，进一步包含控制器，该控制器被编程以基于飞行器速度阈值改变从电源供应到电极的功率。

A10.根据权利要求A1所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，进一步包含控制器，该控制器被编程以基于迎角轨道阈值改变从电源供应到电极的功率。

A11.根据权利要求A1所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中空气动力学表面形成飞行器机翼的外部表面。

A12.根据权利要求A1所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中空气动力学表面形成飞行器尾翼的外部表面。

A13.根据权利要求A1所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中空气动力学表面形成飞行器机头的外部表面。

A14.根据权利要求A1所述的飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，其中空气动力学表面形成飞行器旋翼桨叶的外部表面。

B1.一种电介质阻挡放电装置，包含：

刚性电介质壳体，其具有外部空气动力学表面，该外部空气动力学表面的形状被设计以形成飞行器上的翼型结构的一部分；

暴露的电极，其连结到壳体的外部空气动力学表面；

掩埋的电极，其由壳体覆盖，并且与暴露的电极间隔开；以及

导电接口结构，其被配置为将电极电连接到电压源，该电压源被配置为在暴露的电极和掩埋的电极的两端施加电位差。

B2.根据权利要求B1所述的电介质阻挡放电装置，其中电介质壳体包含陶瓷材料。

B3.根据权利要求B1所述的电介质阻挡放电装置，其中掩埋的电极被嵌在壳体内。

B4.根据权利要求B1所述的电介质阻挡放电装置，其中导电接口结构包括插头结构，该插头结构被配置用于连接到AC电源。

B5.根据权利要求B1所述的电介质阻挡放电装置，进一步包含控制器，该控制器被编程以改变从电源供应到电极的电压。

C1.一种改进空气动力学表面的空气动力学性质的方法，该方法包含：

将刚性电介质阻挡放电装置连接到翼型结构，该电介质阻挡放电装置包括与翼型结构的空气动力学表面齐平放置的刚性电介质载体；以及

通过在暴露的电极和掩埋的电极两端施加交流电位差来控制翼型结构的空气动力学表面附近的气流，从而在电介质阻挡放电装置的上表面附近产生等离子体。

C2.根据权利要求C1所述的方法，其中掩埋的电极被布置在暴露的电极的下风处。

C3.根据权利要求C1所述的方法，其中等离子体产生在掩埋的电极上方。

C4.根据权利要求C1所述的方法，其中施加步骤包括经由导电接口结构将电压源连接到电极。

C5.根据权利要求C1所述的方法，进一步包含拔出和替换电介质阻挡放电装置。

C6.根据权利要求C1所述的方法，其中电介质阻挡放电装置以配置为插入到翼型结构内的管壳的形式被提供。

C7.根据权利要求C1所述的方法，进一步包含至少部分地基于空速改变电位差。

C8.根据权利要求C1所述的方法，进一步包含至少部分地基于翼型结构的迎角改变电位差。

优点、特征、益处

在已知的使用等离子体源提供气流控制的解决方案中，本文描述的电介质阻挡放电装置(DBD)的不同实施例提供了若干优点。例如，本文描述的DBD装置的说明性实施例允许DBD装置被嵌入在空气动力学结构内。另外，除了其它益处外，本文描述的DBD装置的说明性实施例还允许DBD装置形成可容易地替换的部分。没有已知的系统或装置能够执行这些功能，特别是在实验室环境外。因此，本文描述的说明性实施例对于为服务中的飞行器提供主动气流控制特别有用。然而，并不是本文所描述的所有实施例都提供相同的优点或相同程度的优点。

总结

上面阐述的公开内容可以包含具有独立实用性的多种不同发明。虽然已经以其(多种)优选形式公开了这些发明中的每一个，但是本文所公开和说明的其具体实施例并不被视为具有限制意义，因为多种变体是可能的。就本公开内使用的段落标题来说，这种标题仅为了组织目的，并且未构成任意要求保护的发明的特性。(多个)发明的主题包括本文所公开的各种元件、特征、功能、和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。下列权利要求特别指出了被视为新颖和非显而易见的特定组合和子组合。在要求保护该申请或者相关申请的优先权的申请中，可以要求保护特征、功能、元件、和/或性质的其它组合和子组合体现的(多个)发明。这样的权利要求，无论是涉及不同的发明或相同的发明，无论比原权利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被认为包含在本公开的(多个)发明的主题内。

Claims (11)

1.一种用于在空气动力学表面附近产生等离子体的系统，所述系统包括：

飞行器主动流控制电介质阻挡放电装置，包含：

可机械加工的陶瓷电介质支架，其具有空气动力学表面，所述空气动力学表面的形状被设计以形成飞行器上的翼型表面的暴露的齐平部分；

至少两个电极，其被配置为相对充电并且在所述电介质支架上彼此间隔开；以及

其特征在于

控制器，其配置为在与预定的速度阈值交叉或翼型表面的预定的迎角被超出的情况下在起飞和着陆期间激活所述电介质阻挡放电装置，

其中所述电介质阻挡放电装置以配置为插入到翼型结构内并且被拔出以便替换的管壳的形式被提供。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述装置在所述翼型表面的前缘附近。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个电极中的第一电极被布置在所述电介质支架的所述空气动力学表面上，而所述至少两个电极中的第二电极被掩埋在所述电介质支架下面；

其中所述第二电极被布置在所述第一电极的下风处；并且

其中当在所述下风方向上测量时，所述第二电极具有的宽度至少两倍于所述第一电极的宽度。

4.根据权利要求1所述的系统，进一步包含：导电接口结构，其被配置为将所述至少两个电极电连接到电压源，所述电压源被配置为在所述至少两个电极中的第一电极的一端和第二电极的一端之间施加电位差；并且

其中所述导电接口结构包括插头结构，所述插头结构被配置用于连接到AC电源。

5.根据权利要求4所述的系统，进一步包含：所述控制器被编程以至少部分地基于(1)飞行器速度和(2)迎角轨道中的至少一个改变从所述AC电源供应到所述电极的功率。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述空气动力学表面形成至少飞行器机翼、飞行器机头和飞行器旋翼桨叶的外部表面。

7.一种改进空气动力学表面的空气动力学性质的方法，所述方法包含：

将刚性电介质阻挡放电装置连接到翼型结构，所述电介质阻挡放电装置包括与所述翼型结构的空气动力学表面齐平放置的刚性电介质载体；其中

所述电介质阻挡放电装置以管壳的形式被提供；并且

在与预定的速度阈值交叉或翼型表面的预定的迎角被超出的情况下在起飞和着陆期间通过控制器激活所述电介质阻挡放电装置，

通过在暴露的电极的一端和掩埋的电极的一端之间施加交流电位差来控制所述翼型结构的所述空气动力学表面附近的气流，从而在所述电介质阻挡放电装置的上表面附近产生等离子体；以及

拔出和替换所述电介质阻挡放电装置。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述掩埋的电极被布置在所述暴露的电极的下风处。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述等离子体产生在所述掩埋的电极上方。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述电介质阻挡放电装置以配置为插入到所述翼型结构内的管壳的形式被提供。

11.根据权利要求7所述的方法，进一步包含：

至少部分地基于所述翼型结构的空速或迎角来改变所述电位差。

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