CN107444614A - 适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片 - Google Patents
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Abstract
一种适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片。其由从上至下叠置且固定在一起的上表面层、绝缘介质层和下表面层构成；绝缘介质层采用柔性环氧树脂板；上表面层由多条并排粘贴在绝缘介质层上表面上的上电极片构成；下表面层由多条并排粘贴在绝缘介质层下表面上的下电极片和绝缘填充层构成。本发明安装在机翼上表面，能在不改变机翼现有形状的前提下达到飞行器减阻的目的，在满足预计供电条件下，减阻效果至少在10％以上。另外，在设计之初考虑本减阻贴片所带来的减阻效果时，可以设计出更极限的机翼翼型。应用在小型固定翼无人机上时，可以提升升阻比，满足更高的性能要求，例如载荷、机动性能。
Description
技术领域
本发明属于流体力学技术领域，特别是涉及一种适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片。
背景技术
减小阻力、提高升力、增加升阻比是提高飞行器气动性能的基本要求。减小飞行器运行过程中的阻力，一方面可以最大限度提升气动性能，另一方面可满足现今越来越受关注的节能要求。
现代航空技术的发展已经不仅仅局限于大飞机技术，小型飞机、无人机越来越广泛地进入到人们的生活中。最近几年，消费级旋翼无人机的出现使得人们逐渐关注无人机的应用前景。与旋翼无人机不同的是，固定翼无人机具有高速度、高载荷的特点，因此具有相当大的实际用途。由于所有固定翼飞行器的飞行原理是相同的，所以面临的基本问题也是相通的。众所周知，升力来源于速度，速度又会产生阻力，在相同升力需求下，减小飞行器的飞行阻力是提升升阻比的一个有效途径。
长久以来，在减小飞行器阻力方面许多研究者进行了许多方向的研究，包括控制流态、消除涡流、减小流动阻力等，出现了超临界翼型、仿生表面、等离子体等许多减阻技术。但是对于每一种减阻方法而言，其减阻效果都是有一定界限的。要突破单一减阻方式的瓶颈，进一步提高飞行器减阻效果，需要考虑的方法之一就是多方式联合减阻。在众多减阻方法中，大多都需要对机翼本身的构型进行重新设计，也就是说这些技术是直接作用于机翼本身。而等离子体减阻技术则是在机翼表面产生一定厚度的等离子体实现减阻目的，作用对象是流体，这就使得等离子体减阻技术更加容易与其他减阻方法结合，以进一步提高飞行器的减阻效果。
根据现阶段的研究结果来看，等离子体的减阻效果是很明显的(至少在10％以上)。在一些实验分析过程中发现，在满足一定条件下，翼上等离子体还可以附加表现为推力的体积力，也就是低温等离子体具有推动作用。低温等离子体的减阻效果随着输入能量的增加基本呈线性增加。但低温等离子体技术现在还处于研究阶段，对于安全性要求很高的大型飞行器而言不是一种可以成熟使用的技术，但是对于技术要求更简单的小型固定翼飞行器(例如固定翼无人机)而言，可以使用这项技术来提高飞行器的性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片。
为了达到上述目的，本发明提供的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片由从上至下叠置且固定在一起的上表面层、绝缘介质层和下表面层构成；其中绝缘介质层采用柔性环氧树脂板；上表面层由多条并排粘贴在绝缘介质层上表面上的长条状上电极片构成；下表面层由多条并排粘贴在绝缘介质层下表面上的长条状下电极片和位于下电极片之间以及外部的绝缘填充层构成，并且上电极片和下电极片的长度方向相同且位置彼此错开。
所述的绝缘介质层的厚度为0.2mm。
所述的绝缘介质层和上电极片或下电极片间采用环氧树脂类粘合剂粘合。
所述的上电极片和下电极片结构相同，采用铜箔；相邻上电极片之间和相邻下电极片之间的间距为1mm。
所述的绝缘填充层采用聚四氟乙烯涂层或者聚酰亚胺薄膜。
与现有技术相比，本发明提供的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片作为额外装置安装在机翼上表面，能在不改变机翼现有形状的前提下达到飞行器减阻的目的，在满足预计供电条件下，减阻效果至少在10％以上。另外，在设计之初考虑本减阻贴片所带来的减阻效果时，可以设计出更极限的机翼翼型。应用在小型固定翼无人机上时，可以提升升阻比，满足更高的性能要求，例如载荷、机动性能。
附图说明
图1为本发明提供的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片剖面图；
图2为本发明提供的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片在机翼上安装位置示意图；
图3为本发明提供的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片工作电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片由从上至下叠置且固定在一起的上表面层5、绝缘介质层2和下表面层6构成；其中绝缘介质层2采用柔性环氧树脂板；上表面层5由多条并排粘贴在绝缘介质层2上表面上的长条状上电极片1构成；下表面层6由多条并排粘贴在绝缘介质层2下表面上的长条状下电极片4和位于下电极片4之间以及外部的绝缘填充层3构成，并且上电极片1和下电极片4的长度方向相同且位置彼此错开。
所述的绝缘介质层2的厚度为0.2mm左右。
所述的绝缘介质层2和上电极片1或下电极片4间采用环氧树脂类粘合剂粘合。
所述的上电极片1和下电极片4结构相同，采用具有一定宽度、形状规则的薄电极片，比如铜箔，以满足预加电源的功率要求；相邻上电极片1之间和相邻下电极片4之间的间距为1mm。
所述的绝缘填充层3采用聚四氟乙烯涂层或者聚酰亚胺(PI)薄膜，其不能太厚，否则会影响性能。
现将本发明提供的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片制备方法和使用方法阐述如下：
制备方法：首先利用粘合剂将上电极片1按照设计要求尺寸(主要是电极片的方向和间距)粘合在绝缘介质层2的上表面而制成上表面层5，然后利用粘合剂将下电极片4按照设计要求尺寸(主要是电极片的方向和间距)粘合在绝缘介质层2的下表面，之后在下电极片4的外部铺设3～4层Kapton聚酰亚胺薄膜，或涂布聚四氟乙烯以形成一层0.2mm厚的聚四氟乙烯涂层而制成绝缘填充层3，以将下电极片4的外部完全包裹住，目的是防止下层电极片4裸露在空气中。由下电极片4和绝缘填充层3构成下表面层6。
使用方法：如图2所示，使用前可以根据需要的尺寸进行剪切，只要求包含完整数目的上电极片1和下电极片4即可；本减阻贴片适用于固定翼飞机，使用时将本减阻贴片的下表面层6粘合在机翼9的上表面上从机翼前缘至后缘上翼面区域，并且两者之间不允许存在气泡；同时要求上电极片1和下电极片4的延伸方向与机翼9的前缘线平行，上电极片1和下电极片4分别连接电源正负极，电源连接处宜选在翼根处；如图3所示，另外，本减阻贴片8需采用正弦交流电源7供电，单相电源时电压在10KV以上，还可以采用多路移相电源来降低电压值的要求，频率在3kHZ以上，以实现在低电压条件下达到单路电源带来的效果。对于特殊翼型的机翼而言，可以根据上翼面气流主要方向来确定安装方向，安装标准是保证气流方向尽量与上电极片1和下电极片4的延伸方向垂直。
此外，本减阻贴片主要应用部位是机翼，但是对于其他具有气动减阻需要的部位，例如机身上表面，理论上也可以起到减阻效果，安装方式与机翼相同。
本减阻贴片在原理上是作为低温等离子体激励板存在，在前文所述的电源激励下可以在上电极板1之间的凹槽部分产生等离子体，当上表面气流流经上电极板1处时，这部分等离子体将参与流动。实验表明该等离子体可以有效地控制流动分离，抑制湍流的形成，从而降低流动过程中产生的阻力。
Claims (5)
1.一种适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片，其特征在于：所述的减阻贴片由从上至下叠置且固定在一起的上表面层(5)、绝缘介质层(2)和下表面层(6)构成；其中绝缘介质层(2)采用柔性环氧树脂板；上表面层(5)由多条并排粘贴在绝缘介质层(2)上表面上的长条状上电极片(1)构成；下表面层(6)由多条并排粘贴在绝缘介质层(2)下表面上的长条状下电极片(4)和位于下电极片(4)之间以及外部的绝缘填充层(3)构成，并且上电极片(1)和下电极片(4)的长度方向相同且位置彼此错开。
2.根据权利要求1所述的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片，其特征在于：所述的绝缘介质层(2)的厚度为0.2mm。
3.根据权利要求1所述的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片，其特征在于：所述的绝缘介质层(2)和上电极片(1)或下电极片(4)间采用环氧树脂类粘合剂粘合。
4.根据权利要求1所述的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片，其特征在于：所述的上电极片(1)和下电极片(4)结构相同，采用铜箔；相邻上电极片(1)之间和相邻下电极片(4)之间的间距为1mm。
5.根据权利要求1所述的适用于小型固定翼飞行器的翼面柔性等离子体减阻贴片，其特征在于：所述的绝缘填充层(3)采用聚四氟乙烯涂层或者聚酰亚胺薄膜。
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