DE102006008864B4 - Strömungsflächenelement - Google Patents

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Abstract

Strömungsflächenelement (1) mit einer Plasmaerzeugungseinrichtung (3; 4; 5) zur Erzeugung eines Plasmas in einem Umgebungsbereich einer Oberfläche (6) des Strömungsflächenelementes (1), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedlich elektrisch beaufschlagbare Plasmaerzeugungseinrichtungen (3, 4, 5) in Richtung der Anströmung (2) hintereinanderliegend angeordnet sind, die a) als dielektrisch behinderte Entladungseinrichtungen ausgebildet sind, b) sich global quer zu der bei Bewegung des Strömungsflächenelementes ausgebildeten Anströmung (2) erstrecken und c) jeweils lokal mäanderförmig ausgebildet sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Strömungsflächenelement mit einer Plasmaerzeugungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei einem Flug eines Luftfahrzeuges mit hohen Unterschallmachzahlen kann es bei der Umströmung von Tragflügeln zur Ausbildung lokaler Überschallgebiete auf der Oberseite der Tragflügel kommen. Dieses Überschallgebiet wird, insbesondere unter ”Off Design”-Flugbedingungen, durch einen Verdichtungsstoß abgeschlossen. Beim Durchgang durch den Stoß steigt die Entropie des Strömungsmediums, während gleichzeitig der Ruhedruck sinkt. Hierdurch wird ein so genannter Wellenwiderstand verursacht, der typisch ist für den Transsonikbereich. Weiterhin kann die Wechselwirkung des Verdichtungsstoßes mit der Grenzschicht auf dem Tragflügel zu einer Ablösung der Grenzschicht führen, was zu weiteren Verlusten führt. Zusätzlich können Strömungsschwingungen auftreten. Für bekannte Maßnahmen zur Beeinflussung eines derartigen Verdichtungsstoßes und dessen Auswirkungen kommen
    • – eine Ventilation, insbesondere über perforierte Platten oder Rillen in der Oberfläche des Tragflügels,
    • – eine aktive Grenzschichtabsaugung,
    • – Konturbeulen in der Oberfläche des Tragflügels,
    • – adaptive Oberflächen und/oder
    • – mechanische Wirbelgeneratoren
    zum Einsatz.
  • Andererseits erzeugt ein Flugzeug auch in einer Niedrigflugphase während eines Starts und einer Landung unerwünschten Lärm. Zur Beeinflussung dieser Lärmquellen während eines Starts und einer Landung ist es bekannt, mechanische Wirbelgeneratoren einzusetzen. Bei Kraftfahrzeugen erfolgt ebenfalls eine Beeinflussung der Strömungsverhältnisse über mechanische Elemente und Strömungsflächenelemente wie beispielsweise einen Spoiler.
  • Für die vorgenannten unterschiedlichen Typen von Fahrzeugen ist in der jüngsten Vergangenheit wiederholt der Versuch unternommen worden, die Strömungsverhältnisse durch Einsatz von Plasmaerzeugungseinrichtungen zu beeinflussen.
  • US 6 570 333 B1 offenbart das Einbringen eines Paares von Leitern unter eine Isolation einer flachen oder gekrümmten Oberfläche eines Fahrzeuges, welches sich in der Luft, wie beispielsweise ein Luftfahrzeug, im Wasser, wie beispielsweise ein Schiff, oder auf dem Boden, wie beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug, bewegt. Das Paar von Leitern wird mit hochfrequenter Energie derart beaufschlagt, dass ein gasförmiges Medium in der Umgebung der Oberfläche ein Plasma ausbildet. Die Leiter bilden hierbei Elektroden, die voneinander beabstandet sind und parallel zueinander orientiert sind. Infolge des ausgebildeten Plasmas kann es zu einer Reduzierung des Strömungswiderstandes des Fahrzeuges kommen. Eine Anordnung der Leiter ist auch in kleinen Bereichen eines Luftfahrzeuges möglich, um den Strömungswiderstand unsymmetrisch zur Längsachse des Fahrzeuges zu verändern, wodurch eine sich nicht bewegende Steuerungs-Oberfläche gegeben ist. Weiterhin können die Leiter im Bereich eines Eingangs, im Bereich des Inneren oder im Auslassbereich einer Turbine angeordnet sein, um über die Beeinflussung der Strömung eine Veränderung der Leistungscharakteristik zu erzielen. In Folge der Ausbildung des Plasmas kann es
    • – zu einer Reduzierung einer Turbulenz im Bereich einer Grenzschicht und einer Reduzierung des Turbulenzgrades,
    • – zu einer Unterdrückung einer Ausbildung von turbulenten Wirbeln und/oder
    • – zur Abschwächung eines Stoßes im Bereich von Stirnseiten des Fahrzeuges
    kommen.
  • Fällt zwischen einzelnen elektrischen Pulsen das erzeugte Plasma zusammen, so ist für eine erneute Plasmabildung eine erneute Ionisation erforderlich, was erhöhte Anforderungen an den Energieeintrag und die Ausbildung der elektrischen Felder stellen würde. Die elektrische Energie wird mit Frequenzen im Bereich von 1 MHz und 10 GHz bereitgestellt. Durch den genannten Frequenzbereich kann erreicht werden, dass ein vollständiger Zusammenfall des Plasmas zwischen einzelnen Pulsen der Schwingung vermieden ist.
  • Die Druckschrift schlägt vor, die Leiter schleifenartig anzuordnen, so dass ein Feld gebildet ist. Ein derartiges Feld ist mit parallelen Leitern in Form von Teilgeradenstücken gebildet, die quer zur Anströmung sowie koaxial zur Anströmung orientiert sind. Eine andere Ausführungsform offenbart Leiter mit mehreren ungefähr kreisförmigen, sich teilweise überlappenden Schleifen.
  • Weiterhin ist es aus US 6 570 333 B1 bekannt, mehrere in Strömnungsrichtung hintereinander liegende Elektroden sequenzartig anzuregen, um eine Erzeugung von peristaltischen Plasmawellen über der Oberfläche des Luftfahrzeuges hervorzurufen. Laufen diese Plasmawellen von vorne nach hinten, wird eine Beschleunigung des Plasmas in der Grenzschicht hervorgerufen, wodurch der Fluss u. U. laminarer gestaltet werden kann und die Ausbildung von Wirbeln unterdrückt wird. Für den Fall, dass die Plasmawellen von hinten nach vorne laufen, wirkt dieses in der Grenzschicht gegen den aerodynamischen Fluss, wodurch u. U. der Strömungswiderstand des Luftfahrzeuges erhöht wird und ein ”Bremseffekt” hervorgerufen werden kann. Weiterhin kann durch die gezielte Ansteuerung der Paare von Leitern die Reynolds-Zahl für einen Übergang zu einem turbulenten Fluss lokal oder global angehoben werden. Bei dem Betrieb der Leiter sind die Leiter in einem Paar mit einer Phasenverschiebung von 180° mit der hochfrequenten Energie beaufschlagt.
  • Aus US 6 570 333 B1 ist es weiterhin bekannt, den Abstand der Leiter über die Oberfläche des Luftfahrzeuges zu variieren, wodurch die Dichte des Plasmas entsprechend den lokalen Anforderungen variiert werden kann. Als zusätzlichen Einsatzzweck für die Ausbildung des Plasmas erwähnt die Druckschrift darüber hinaus, dass eine Ausbildung von Eis im Bereich einer Tragfläche vermieden werden kann sowie Eis, welches sich bereits auf einer Tragfläche befindet, entfernt werden kann. Ein weiteres Ausführungsbeispiel offenbart eine parallele Ausrichtung mehrerer Abschnitte von Leitern zur Verarbeitung mikroelektronischer Schaltkreise.
  • Aus den Druckschriften US 5 414 324 A und US 5 387 842 A ist ebenfalls eine Erzeugung eines Plasmas durch Anregung von Elektroden, hier mit einer Frequenz zwischen 5 KV und 100 KHz bekannt.
  • US 5 897 713 A betrifft die Ausbildung eines Plasmas für die Aufbringung eines Filmes in einem Herstellungsprozess, beispielsweise für Halbleiter.
  • Auch US 5 797 563 A betrifft eine Reduzierung der Dichte eines ein Luftfahrzeug umgebenden Gases, um die Reibung und den Strömungswiderstand zu reduzieren. Dies wird durch eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen erzielt, wodurch eine Ionisierung des Gases erfolgen soll. Eine Abstrahlung von Mikrowellen erfolgt hierbei im Bereich der Stirnseite eines Luftfahrzeuges und entlang einer Stirnkontur eines Leitwerkes oder oberhalb und unterhalb einer Tragfläche eines Luftfahrzeuges.
  • Ebenfalls auf eine Verringerung der Dichte des das Luftfahrzeug umströmenden Gases zielt US 5 263 661 A ab, wobei hier zur Erwärmung des Gases ein Laser eingesetzt wird.
  • Aus US 4 917 335 A und US 3 620 484 A ist es bekannt, vor einem Luftfahrzeug eine Flamme zu erzeugen, mit der das das Luftfahrzeug umströmende Gas erwärmt werden soll zur Herbeiführung einer Reduzierung der Dichte.
  • US 3 446 464 A offenbart die Anordnung von Elektroden zur Erzeugung unterschiedlicher elektrischer Potenziale an den Stirnkanten von Tragflächen von Luftfahrzeugen.
  • Weiterer Stand der Technik zu Beeinflussung einer Strömung und eines Strömungswiderstandes einschließlich experimenteller Ergebnisse ist
    US 6 200 539 B1 ;
    E. Stanewsky, J. Fulker, J. Delery und J. Geissler: Drag Reduction by passive Shock Control – Results of the Project EUROSHOCK, AER2-CT92-0049 supported by the European Union 1993–1995. Vol. 56 of Notes an Numerical Fluid Mechanics, Vieweg Verlag 1997;
    Stanewsky, E.; Delery, J.; Fulkner, J.; Matteis, P. de (Eds.): Drag Reduction by Shock and Boundary Layer Control – Results of the Project EUROSHOCK II; supported by the European Union 1996-1999, Springer Verlag, 2002;
    WO 02/081303 A1
    zu entnehmen.
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strömungsflächenelement mit einer Plasmaerzeugungseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber dem Stand der Technik ein verbessertes Strömungsverhalten aufweist.
  • LÖSUNG
  • Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich entsprechend den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäß findet das Strömungsflächenelement Einsatz beispielsweise für ein Fahrzeug, welches
    • – als Luftfahrzeug,
    • – Landfahrzeug,
    • – Wasserfahrzeug.
    • – Fahrzeug der Raumfahrt oder
    • – als Fahrzeug für eine Kombination der vorgenannten Einsatzzwecke
    ausgebildet sein kann, für durchströmte Rohrleitungen, Klimaanlagen o. a..
  • Der Einsatz des Fahrzeuges entsprechend der vorgenannten Geschwindigkeiten ist von kleinen Geschwindigkeiten ab 50 km/h bis hin zu Überschallgeschwindigkeiten im transsonischen und supersonischen Bereich möglich. Für die Anwendung des Strömungsflächenelementes bei einem Luftfahrzeug ist ein Einsatz in beliebigen Luftschichten bis hin zum Einsatz für ein Wiedereintritts-Luftfahrzeug (Shuttle) denkbar.
  • Erfindungsgemäß ist eine Plasmaerzeugungseinrichtung vorgesehen. Mittels der Plasmaerzeugungseinrichtung lässt sich ein Plasma in einem Umgebungsbereich der Oberfläche des Strömungsflächenelementes erzeugen. Hierbei können sämtliche eingangs genannten Plasmaerzeugungseinrichtungen Einsatz finden mit den für den Stand der Technik ausführlich beschriebenen Vorteilen. Insbesondere wird durch die Plasmaerzeugungseinrichtung eine Bewegung der geladenen Plasmateilchen, also Ionen oder Elektronen, erzeugt, die in Wechselwirkung mit der Anströmung des Strömungsflächenelementes tritt. Beispielsweise können die geladenen Plasmateilchen die neutralen Teilchen der Anströmung beeinflussen, so dass deren Geschwindigkeit verändert wird, insbesondere die Richtung der Geschwindigkeit verändert wird, und/oder der Betrag der Geschwindigkeit vergrößert oder verkleinert wird. Weiterhin ist es möglich, dass durch die Plasmaerzeugungseinrichtung die Grenzschicht beeinflusst wird, beispielsweise die Dicke der Grenzschicht verändert wird. Wie eingangs erläutert kann über die Plasmaerzeugungseinrichtung die Strömung im Bereich des Strömungsflächenelementes beschleunigt oder verlangsamt werden. Auch ist eine qualitative Veränderung der Strömung im Bereich des Strömungsflächenelementes möglich, indem bewusst eine Erzeugung von Wirbeln oder eine turbulente Strömung herbeigeführt wird oder die Ausbildung von Wirbeln oder einer turbulenten Strömung gezielt unterbunden wird.
  • Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz einer Plasmaerzeugungseinrichtung im Bereich eines Strömungsflächenelementes möglich ist, ohne dass die Außenkontur des Strömungsflächenelementes zwingend verändert werden muss. Hierdurch ist der Einsatz der Plasmaerzeugungseinrichtung als ”add-on” möglich, ohne dass eine erneute Auslegung des Strömungsflächenelementes erforderlich ist.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme beinhaltet, dass die Plasmaerzeugungseinrichtung lokal mäanderförmig ausgebildet ist. Unter lokal wird in diesem Zusammenhang ein Teilbereich der Längserstreckung verstanden, also eine Sichtweise mit über die Gesamt-Längserstreckung vergrößerten Maßstab. Hierbei kann es sich bei der zuvor genannten Längserstreckung um eine geradlinige Erstreckung oder auch eine gekrümmte Erstreckung handeln. Unter mäanderförmig wird ein hin- und hergehender Verlauf der Plasmaerzeugungseinrichtung verstanden, wobei ein derartiger Verlauf beliebig gekrümmt, kurvenförmig mit oder ohne Sprüngen oder mit geraden Abschnitten gebildet sein kann.
  • Die lokale mäanderförmige Ausbildung der Plasmaerzeugungseinrichtung hat insbesondere folgende Vorteile:
    • – Bei der konstruktiven Vorgabe des Einsatzortes der Plasmaerzeugungseinrichtung für die Ausgestaltungen gemäß dem Stand der Technik wird der Ort ermittelt, der bei einer kritischen Geschwindigkeit eine besonders effektive Beeinflussung der Anströmung gewährleistet. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass ein optimaler Einsatzort der Plasmaerzeugungseinrichtung für unterschiedliche Betriebsparameter des Fahrzeuges, beispielsweise unterschiedliche Fluggeschwindigkeiten eines Luftfahrzeuges, wandern kann. Hierdurch verschiebt sich beispielsweise der optimale Einsatzort in Richtung der Längsachse, Bewegungs- oder Anströmungsrichtung des Fahrzeuges. Soll diesen Verschiebungen gemäß den Ausgestaltungen des Standes der Technik Rechnung getragen werden, bedeutet dies, dass für unterschiedliche Geschwindigkeiten die Plasmaerzeugungseinrichtung an unterschiedlichen Einsatzorten angeordnet werden muss. Ist dies nicht der Fall, so kann mit der Plasmaerzeugungseinrichtung u. U. nur ein suboptimales Ergebnis erzielt werden. Durch die mäanderförmige erfindungsgemäße Gestaltung der Plasmaerzeugungseinrichtung überdeckt diese einen größeren Bereich des Strömungsflächenelementes, beispielsweise einen vergrößerten Abschnitt in Bewegungsrichtung des Fahrzeuges, so dass die Wirkung der Plasmaerzeugungseinrichtung für einen vergrößerten Geschwindigkeitsbereich unabhängig von einem Wandern des optimalen Einsatzortes gewährleistet werden kann.
    • – Weiterhin kann es nachteilig sein, wenn, beispielsweise bei Anordnung der Plasmaerzeugungseinrichtung quer zur Anströmung oder Bewegungsrichtung des Fahrzeuges, die Wechselwirkung zwischen Plasma und Anströmung in einer Querachse oder Querebene zur Anströmung auftritt und sich von einer derartigen Querachse in Bewegungsrichtung gleichförmig fortsetzt. Eine Überlagerung in Querrichtung benachbarter Ergebnisse der vorgenannten Wechselwirkungen kann zu einer Verstärkung oder Abschwächung der hervorgerufenen Strömungen, Wirbel und Turbulenzen führen. Andererseits kann eine gleichförmige, periodische Anregung des Strömungsflächenelementes erfolgen, was zu einer erhöhten Beanspruchung der Struktur führen kann, In Folge der erfindungsgemäßen mäanderförmigen Ausgestaltung ist ermöglicht, dass die Strömung in unterschiedlichen Bereichen der Plasmaerzeugungseinrichtung zeitlich versetzt mit dem Plasma in Wirkverbindung tritt, wodurch die zuvor erläuterten nachteiligen Effekte vermieden werden können.
  • Entsprechend dem Vorschlag der Erfindung ist weiterhin die Plasmaerzeugungseinrichtung global ungefähr quer zu einer bei der Bewegung des Fahrzeuges ausgebildeten Anströmrichtung orientiert. Unter global wird im Zusammenhang mit der Erfindung ein gegenüber dem lokalen Maßstab vergrößerter Maßstab verstanden, so dass ein globaler Teilbereich der Erstreckung der Plasmaerzeugungseinrichtung größer ist als der zuvor definierte lokale Teilbereich.
  • Weiterhin ist die erfindungsgemäße Entladungseinrichtung als eine so genannte ”dielektrisch behinderte Entladungseinrichtung” ausgebildet. Derartige Entladungseinrichtungen werden in der Literatur auch als ”Dielectric Barrier Discharge” bezeichnet. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter der dielektrisch behinderten Entladungseinrichtung eine Einrichtung verstanden, bei der zwischen zwei Elektroden und die Anströmung des Strömungsflächenelementes mindestens ein Dielektrikum zwischengeschaltet ist, welches eine Barriere bildet. Bei dem Dielektrikum kann es sich um eine Ummantelung der Elektrode handeln, die beispielsweise in das Strömungsflächenelement im Bereich der Oberfläche desselben integriert ist.
  • Für das erfindungsgemäße Strömungsflächenelement sind mehrere Plasmaerzeugungseinrichtungen in Anströmrichtung hintereinander liegend angeordnet. Hierdurch kann der von den Plasmaerzeugungseinrichtungen überdeckte Bereich vergrößert werden, so dass einerseits die Orte der Wechselwirkung zwischen Plasma und Anströmung weiter verteilt werden können und/oder andererseits die in die Strömung eingebrachte Energie erhöht werden kann.
  • Erfindungsgemäß sind Plasmaerzeugungseinrichtungen unterschiedlich elektrisch beaufschlagbar. Insbesondere sind die Plasmaerzeugungseinrichtungen
    • – unterschiedlich elektrisch mit einer elektrischen Leistungsversorgung gekoppelt und/oder
    • – mit unterschiedlichen elektrischen Leistungsversorgungen gekoppelt.
  • Möglich ist eine unterschiedliche Beaufschlagung jeder einzelnen Plasmaerzeugungseinrichtung oder eine Zusammenfassung mehrerer Plasmaerzeugungseinrichtungen zu Gruppen mit entsprechender elektrischer Beaufschlagung. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Wechselwirkung des Plasmas mit der Anströmung des Strömungsflächenelementes an unterschiedlicher Orten des Strömungsflächenelementes gezielt beeinflusst werden. Die Unterschiede der elektrischen Beaufschlagung der Plasmaerzeugungseinrichtungen können konstant sein, von Betriebsbedingungen, wie beispielsweise einer Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges abhängen oder zeitvariant sein, beispielsweise oszillieren.
  • Von Vorteil kann es u. U. sein, wenn entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung mindestens eine Plasmaerzeugungseinrichtung im Bereich maximaler Geschwindigkeit angeordnet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Bereich maximaler Dicke oder einer maximalen vertikalen Erstreckung eines Tragflügels handeln. Im Bereich der maximalen Geschwindigkeit kann u. U. eine optimale Beeinflussung der Anströmung erfolgen. Auch tritt im Bereich der maximalen Geschwindigkeit der eingangs genannte Verdichtungsstoß für eine Bewegung im Transsonikbereich auf.
  • Entsprechend einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die Plasmaerzeugungseinrichtungen lokal zickzackförmig ausgebildet mit abgerundeten oder eckigen Zacken und mit seitlichen Begrenzungen der Zacken, die geradlinig, gekrümmt oder kurvenförmig ausgebildet sind.
  • Für eine alternative Ausgestaltung der Erfindung ist die Plasmaerzeugungseinrichtung lokal wellenförmig ausgebildet, beispielsweise entsprechend einer konstanten oder abklingenden Sinus-Funktion oder einer beliebigen, wellenförmigen Kurvenform.
  • Für den Fall, dass die Plasmaerzeugungseinrichtungen global äquidistant zueinander angeordnet sind, können diese zeitlich mit einem ungefähr konstanten Versatz mit der Anströmung in Wechselwirkung treten. Bei gleicher elektrischer Beaufschlagung der Plasmaerzeugungseinrichtungen kann durch die global äquidistante Anordnung der Energieeintrag auf die Anströmung in Bewegungsrichtung ungefähr konstant gehalten werden, während eine Veränderung der Beeinflussung der Strömungsbedingungen für die global äquidistante Anordnung über eine veränderte elektrische Beaufschlagung der Plasmaerzeugungseinrichtungen erzielt werden kann.
  • Für den Fall, dass die Plasmaerzeugungseinrichtungen nicht global äquidistant zueinander angeordnet sind, kann über die variierten Abstände die Beeinflussung der Anströmung beeinflusst werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Plasmaerzeugungseinrichtung in ausgewählten Betriebsbereichen des Fahrzeuges variabel beaufschlagbar.
    • – Die Variabilität kann bspw. darin bestehen, dass in einigen Betriebsbereichen die Plasmaerzeugungseinrichtung aktiviert ist, während dieses in anderen Betriebsbereichen nicht der Fall ist.
    • – Ebenfalls möglich ist, dass sich die Stärke der Beaufschlagung der Plasmaerzeugungseinrichtung je nach Betriebsbereich, beispielsweise je nach Geschwindigkeit des Fahrzeuges, ändert.
    • – Weiterhin denkbar ist die Anpassung der Beaufschlagung der Plasmaerzeugungseinrichtung, insbesondere der elektrischen Leistung, Signalart und/oder der Frequenz, in Abhängigkeit eines Messparameters für die Strömungsverhältnisse. Auf diese Weise kann besonders feinfühlig auf unterschiedliche Betriebsbedingungen eingegangen werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfalten.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
  • 1 zeigt ein als Tragflügel ausgebildetes erfindungsgemäßes Strömungsflächenelement mit mehreren in Strömungsrichtung hintereinander liegenden zickzackförmigen Plasmaerzeugungseinrichtungen.
  • 2 zeigt mehrere in Strömungsrichtung äquidistant hintereinander liegende zickzackförmige äquidistante Plasmaerzeugungseinrichtungen.
  • 3 zeigt mehrere in Strömungsrichtung äquidistant hintereinander liegende wellenförmige Plasmaerzeugungseinrichtungen.
  • 4 zeigt mehrere in Strömungsrichtung hintereinander liegende zick-zack-förmige Plasmaerzeugungseinrichtungen, für die die Öffnungswinkel der Zacken in Strömungsrichtung zu- bzw. abnehmen.
  • 5 zeigt mehrere in Strömungsrichtung hintereinander liegende wellenförmige Plasmaerzeugungseinrichtungen.
  • 6 zeigt eine besondere Ausgestaltung der Erfindung mit mehreren konzentrisch zueinander angeordneten kreisförmigen Plasmaerzeugungseinrichtungen.
  • 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit mehreren nicht konzentrisch zueinander angeordneten kreisförmigen Plasmaerzeugungseinrichtungen.
  • 8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild für eine geeignete Ansteuerung und elektrische Beaufschlagung der Plasmaerzeugungseinrichtungen.
  • FIGURENBESCHREIBUNG
  • 1 zeigt ein Strömungsflächenelement 1, welches für das dargestellte Ausführungsbeispiel als Tragflügel eines Luftfahrzeuges ausgebildet ist. Das Strömungsflächenelement 1 wird, insbesondere infolge einer Bewegung des Fahrzeugs, mit einer Anströmung 2 beaufschlagt. Im Bereich der maximalen Dicke des Strömungsflächenelements 1 oder der maximalen Geschwindigkeit der Anströmung 2 sind im Bereich der Oberseite des Strömungsflächenelementes 1 drei Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 in eine Oberfläche 6 des Strömungsflächenelementes 1 eingelassen.
  • Jede Plasmaerzeugungseinrichtung 3, 4, 5 ist mit zwei Elektroden gebildet, die in an sich bekannter Weise durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind. Vorzugsweise ist das Dielektrikum (auch) zwischen der Elektrode und der Oberfläche 6 des Strömungsflächenelements 1 angeordnet. Die Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 besitzen eine globale Erstreckungsrichtung 7, die quer zur Anströmung 2 orientiert ist und sich entlang der Oberfläche 6 erstreckt.
  • Die Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind lokal zick-zack-förmig ausgebildet und in einer Draufsicht auf die durch die globale Erstreckungsrichtung 7 und die Anströmung 2 vorgegebene Ebene in 2 im Detail dargestellt. Für das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel sind sieben Plasmaerzeugungseinrichtungen in Richtung der Anströmung 2 hintereinander liegend mit äquidistanten Abständen 8 angeordnet. Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 sind symmetrisch zu einer durch die Anströmung 2 vorgegebene Achse ausgebildet. Die Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 besitzen jeweils in Richtung der globalen Erstreckungsrichtung äquidistant beabstandete Maxima 9 und Minima 10, die über Geraden 11, 12 miteinander verbunden sind. Die Geraden 11, 12, die jeweils einem Minimum 10 oder Maximum 9 zugeordnet sind, bilden gegenüber der Anströmung gleiche Winkel, jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen.
  • Für das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel sind die Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 wellenartig ausgebildet mit äquidistanten Abständen 8 benachbarter Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5. Auch für diese Ausgestaltungsform besitzen die Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 Maxima 9 und Minima 10, die in diesem Fall abgerundet sind und über Kurven mit Wendepunkten miteinander verbunden sind.
  • Für das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel sind die Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 zick-zack-förmig ausgebildet, wobei der Abstand der Maxima 9 und 9a von einer Plasmaerzeugungseinrichtung 3 zu einer in Richtung der Anströmung 2 benachbarten Plasmaerzeugungseinrichtung 4 abnimmt. Ebenfalls möglich ist eine umgekehrte Anströmung 2', so dass in Richtung der Anströmung 2' der Abstand der Maxima 9a von den Minima 10a der Plasmaerzeugungseinrichtung 4 zu einer stromabwärts gelegenen Plasmaerzeugungseinrichtung 3 mit dem Abstand des Maximums 9 zum Minimum 10 zunimmt.
  • 5 zeigt eine gegenüber 3 veränderte Wellenform der Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5, für die die Maxima 9 und Minima 10 ”abgeplattet” ausgebildet sind.
  • Abweichend zu den dargestellten Ausführungsformen sind beliebige Abwandlungen möglich, beispielsweise:
    • – eine Variation der Abstände 8 zwischen benachbarten Plasmaerzeugungseinrichtungen,
    • – eine nicht in Richtung der Anströmung 2 fluchtende Anordnung der Minima 10 und Maxima 9,
    • – eine Abrundung der Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 im Bereich der Maxima 9 und/oder der Minima 10,
    • – eine Verbindung der Maxima 9 und Minima 10 über Kurven anstelle der Geraden 11, 12,
    • – eine unterschiedliche Gestaltung der Winkel der Geraden 11, 12 gegenüber der Anströmung 2 und/oder
    • – eine Orientierung der globalen Erstreckungsrichtung 7 zu der Anströmung 2 unter einem von 90° verschiedenen Winkel, beispielsweise 70°–90°.
  • 6 zeigt eine Variante der Erfindung, für die die Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 kreisförmig mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet sind. Für das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel sind die kreisförmigen Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 konzentrisch zueinander angeordnet, während für das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel die kreisförmigen Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 nicht konzentrisch zueinander angeordnet sind, sondern die Mittelpunkte der kreisringförmigen Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 auf einer Geraden 13-13 liegen, die parallel zur Anströmung 2 orientiert ist. Für die in 7 dargestellte Ausführungsform ist der Abstand der Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 stromaufwärts des Mittelpunkts 14 der Plasmaerzeugungseinrichtung 15 mit dem kleinsten Durchmesser konstant und auch stromabwärts des Mittelpunkts konstant, allerdings mit einem kleineren Abstand. Auch hier ist eine umgekehrte Anströmung 2' der Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 möglich.
  • 8 zeigt in schematischer Darstellung eine geeignete Ansteuerung der Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5. Einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung 16 werden Betriebsgrößen 17 zugeführt. Bei den Betriebsgrößen handelt es sich beispielsweise um eine Geschwindigkeit des dem Strömungsflächenelements 1 zugeordneten Fahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich kann der Steuereinrichtung 16 ein Messsignal 18 eines Messorgans 19, insbesondere ein Druck oder eine Strömungsgeschwindigkeit, zugeführt werden. Die Steuereinrichtung 16 bestimmt ein zeitinvariantes oder zeitvariantes Aktivierungssignal 20 für eine elektrische Leistungsversorgung 21, die mit geeigneten elektrischen gleichen oder unterschiedlichen Signalen 22 die Plasmaerzeugungseinrichtungen 3, 4, 5 beaufschlagt.
  • Zur Ermittlung eines geeigneten Aktivierungssignals 20 kann eine Speichereinheit 23 vorgesehen sein, die ein Kennfeld oder eine a priori ermittelte funktionale Abhängigkeit enthält, über die in Abhängigkeit der Betriebsgröße 17 und/oder des Messsignals 18 die Ermittlung eines geeigneten Aktivierungssignals 20 durch die Steuereinrichtung 16 ermöglicht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stromungsflächenelement
    2
    Anströmung
    3
    Plasmaerzeugungseinrichtung
    4
    Plasmaerzeugungseinrichtung
    5
    Plasmaerzeugungseinrichtung
    6
    Oberfläche
    7
    globale Erstreckungsrichtung
    8
    Abstand
    9
    Maximum
    10
    Minimum
    11
    Gerade
    12
    Gerade
    13
    Achse
    14
    Mittelpunkt
    15
    Plasmaerzeugungseinrichtung
    16
    Steuereinrichtung
    17
    Betriebsgrößen
    18
    Messsignal
    19
    Messorgan
    20
    Aktvierungssignal
    21
    elektrische Leistungsversorgung
    22
    elektrisches Signal
    23
    Speichereinheit

Claims (8)

  1. Strömungsflächenelement (1) mit einer Plasmaerzeugungseinrichtung (3; 4; 5) zur Erzeugung eines Plasmas in einem Umgebungsbereich einer Oberfläche (6) des Strömungsflächenelementes (1), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedlich elektrisch beaufschlagbare Plasmaerzeugungseinrichtungen (3, 4, 5) in Richtung der Anströmung (2) hintereinanderliegend angeordnet sind, die a) als dielektrisch behinderte Entladungseinrichtungen ausgebildet sind, b) sich global quer zu der bei Bewegung des Strömungsflächenelementes ausgebildeten Anströmung (2) erstrecken und c) jeweils lokal mäanderförmig ausgebildet sind.
  2. Strömungsflächenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Plasmaerzeugungseinrichtung (3, 4, 5) im Bereich maximaler Geschwindigkeit angeordnet ist.
  3. Strömungsflächenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Plasmaerzeugungseinrichtung (3, 4, 5) lokal zick-zack-förmig ausgebildet ist.
  4. Strömungsflächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Plasmaerzeugungseinrichtung (3, 4, 5) lokal wellenförmig ausgebildet ist.
  5. Strömungsflächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaerzeugungseinrichtungen (3, 4, 5) global aquidistant zueinander angeordnet sind.
  6. Strömungsflächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaerzeugungseinrichtungen (3, 4, 5) global nicht äquidistant zueinander angeordnet sind,
  7. Strömungsflächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Mäanderformen der einzelnen Plasmaerzeugungseinrichtungen (3, 4, 5) unterschiedlich sind.
  8. Strömungsflächenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Plasmaerzeugungseinrichtung (3, 4, 5) in ausgewählten Betriebsbereichen des Strömungsflächenelementes variabel beaufschlagbar ist.
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