ES2350809T3 - Método y sistema actuador de control de flujo de plasma. - Google Patents

Método y sistema actuador de control de flujo de plasma. Download PDF

Info

Publication number
ES2350809T3
ES2350809T3 ES08156381T ES08156381T ES2350809T3 ES 2350809 T3 ES2350809 T3 ES 2350809T3 ES 08156381 T ES08156381 T ES 08156381T ES 08156381 T ES08156381 T ES 08156381T ES 2350809 T3 ES2350809 T3 ES 2350809T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
electrodes
boundary layer
flow
plasma actuator
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES08156381T
Other languages
English (en)
Inventor
Scott L. Schwimley
Joseph S. Silkey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Application granted granted Critical
Publication of ES2350809T3 publication Critical patent/ES2350809T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C23/00Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for
    • B64C23/005Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for by other means not covered by groups B64C23/02 - B64C23/08, e.g. by electric charges, magnetic panels, piezoelectric elements, static charges or ultrasounds
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15DFLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00Influencing flow of fluids
    • F15D1/10Influencing flow of fluids around bodies of solid material
    • F15D1/12Influencing flow of fluids around bodies of solid material by influencing the boundary layer
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/54Plasma accelerators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C2230/00Boundary layer controls
    • B64C2230/12Boundary layer controls by using electromagnetic tiles, fluid ionizers, static charges or plasma
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/10Drag reduction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

Un método para controlar el vuelo direccional de una plataforma móvil aérea (12) que comprende: disponer un actuador de plasma (10) adyacente a una superficie (24) de dicha plataforma móvil de modo que esté en el camino de un flujo de la capa límite sobre dicha superficie, teniendo dicho primer actuador de plasma electrodos primero y segundo (18, 20) espaciados entre sí a lo largo de la dirección del flujo de dicha capa límite; disponer un tercer electrodo (22) entre dichos electrodos primero y segundo, y dentro de un plano que está desplazado lateralmente de un plano en el cual estén dispuestos dichos electrodos primero y segundo; estando caracterizado dicho método por: disponer un material dieléctrico (25) entre dicho tercer electrodo y dichos electrodos primero y segundo; para hacer que se cierre un conmutador (28) entre dichos electrodos primero y tercero y que se abra un conmutador (30) entre dichos electrodos segundo y tercero; y controlar dicho actuador de plasma para que adopte una primera configuración operativa en la cual dicho actuador de plasma influye en dicho flujo de la capa límite de una manera que retarda la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie; y controlar dicho actuador de plasma para cerrar el conmutador (30) y abrir el conmutador (28), para adoptar una segunda configuración operativa en la cual dicho actuador de plasma induce la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie, en que el control de dicho actuador de plasma (10) para que adopte una primera configuración operativa comprende usar una fuente (26) de la señal de corriente alterna (CA) para aplicar un voltaje de CA a través de dichos electrodos primero y tercero (18, 22), produciendo dicho voltaje de CA la ionización del aire en las proximidades de dichos electrodos primero y tercero, lo cual crea un impulso que actúa sobre dicho flujo de la capa límite para retardar la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie (24) en dichas proximidades de dichos electrodos primero y tercero, y en el que el control de dicho actuador de plasma (10) para que adopte una segunda configuración operativa, comprende usar una fuente (26) de señal de corriente alterna (CA) para aplicar un voltaje de CA a través de dichos electrodos segundo y tercero (20, 22), produciendo dicho voltaje de CA la ionización del aire en las proximidades de dichos electrodos segundo y tercero, que crea un impulso que actúa sobre dicho flujo de la capa límite para producir la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie (24) en dichas proximidades de dichos electrodos segundo y tercero.

Description

REFERENCIA A SOLICITUDES RELACIONADAS
La presente solicitud está relacionada en general con la materia sujeto de la Solicitud de EE.UU. Número de Serie 11/753.857 (Expediente Boeing 07-0456; Expediente HDP 7784-001059) y con la Solicitud de EE.UU. Número de Serie 11/753.869 (Expediente Boeing 07-0455; Expediente HDP 7784-001060), ambas presentadas simultáneamente con la presente con fecha 25 de mayo de 2007.
La presente exposición está también relacionada en general con la materia sujeto de la Solicitud de EE. UU. Número de Serie 11/403.252, presentada con fecha 4/12/06, y asignada a la firma The Boeing Company.
CAMPO
La presente exposición se refiere a sistemas de control del flujo, y más en particular a un sistema de control del flujo de plasma y a un método que es controlable selectivamente para contribuir a evitar la separación de un flujo de capa límite desde una superficie de un objeto o plataforma móvil, o bien para causar la separación del flujo de capa límite desde la superficie.
ANTECEDENTES
Lo que se expone en esta sección simplemente proporciona información de antecedentes relacionados con la presente exposición, y puede no constituir técnica anterior.
Para que sean aerodinámicamente eficaces, las plataformas móviles aéreas, tales como los aviones y las armas (vehículos aéreos), deben tener típicamente configuraciones muy integradas. Estas configuraciones necesitan típicamente combinar buenas actuaciones y carga de pago útil con características de buena estabilidad y control. Para alcanzar este objetivo, las configuraciones de los vehículos aéreos deberán tener equipos efectores de control eficientes, efectivos y robustos. La supresión de las superficies de control convencionales para hacer el vehículo aéreo más eficiente aerodinámicamente plantea un reto único en cuanto a la estabilidad y el control del vehículo.
Los trabajos anteriores realizados con vehículos aéreos que sean sin cola y/o sin articulaciones, han planteado un reto especialmente en cuanto se refiere a proporcionar control del vehículo, especialmente control direccional del vehículo. Un problema particular con el control sin articulaciones o sin cola es el de la generación de un control direccional con ángulos de ataque de bajos a moderados, estando tales ángulos típicamente comprendidos en el margen entre aproximadamente 0 y 4 grados. En la actualidad, la mayor parte de los métodos aerodinámicos usados para generar control direccional para ángulos de ataque de bajos a moderados en un vehículo aéreo, implican el uso de colas verticales o el desvío de una superficie de control. El proporcionar control direccional para ángulos de ataque de bajos a moderados, cuando no nulos, es una limitación de las soluciones anteriores cuando se elimina la cola vertical.
El peso es también una consideración importante en muchas formas de plataformas móviles, y en particular en las plataformas móviles aéreas tales como el avión. En los actuales sistemas de control aerodinámico se emplean típicamente paneles articulados que son desviados para alterar el flujo de la capa límite sobre una superficie de la plataforma móvil, tal como sobre un borde de salida de un ala. Como se apreciará, las articulaciones y las transmisiones relacionadas y los actuadores hidráulicos o electromecánicos que sea necesario emplear añaden un peso significativo a un avión, aumentando con ello el combustible requerido para un vuelo o misión dada, o reduciendo la carga de pago total del avión.
En el documento US 6.570.333 se describe un método para cubrir la superficie de una estructura con un plasma de descarga y, más en particular, métodos de uso de tal plasma para cubrir la superficie de un cuerpo para afectar a las propiedades aerodinámicas del cuerpo, disminuyendo para ello, o aumentando, la resistencia del cuerpo. En el documento US 6.570.333 se dan todas las características del preámbulo de las reivindicaciones independientes 1 y 5.
SUMARIO
El invento se define en las reivindicaciones independientes 1 y 5. Las características preferidas u opcionales se establecen en las reivindicaciones subordinadas a las mismas.
La presente exposición se refiere a un sistema actuador de plasma y a un método para uso en plataformas móviles, y en particular en plataformas móviles aéreas de alta velocidad tales como los aviones de reacción. El sistema actuador de plasma forma un aparato de control del flujo que es útil para controlar el flujo de la capa límite sobre la superficie de la plataforma móvil.
En una implementación se proporciona un método para controlar el vuelo de una plataforma móvil. El método implica disponer un actuador de plasma sobre una superficie de la plataforma móvil de modo que esté en el camino del flujo de una capa límite sobre la superficie. El actuador de plasma es controlado para que adopte una primera configuración operante en la cual el actuador de plasma influye en el flujo de la capa límite de manera que tira de la capa límite hacia la superficie y mantiene el flujo de la capa límite contra la superficie. El actuador puede ser también controlado para que adopte una segunda configuración operante, en la cual el actuador de plasma influye en el flujo de la capa límite de manera que causa la separación del flujo de la capa límite desde la superficie.
En una implementación específica, el disponer el actuador de plasma comporta disponer un actuador de plasma que tiene electrodos primero y segundo espaciados entre sí a lo largo de una dirección del flujo de la capa límite. Un tercer electrodo está dispuesto entre los electrodos primero y segundo, y dentro de un plano que está desplazado lateralmente de un plano en el cual están dispuestos los electrodos primero y segundo. Entre el tercer electrodo y los electrodos primero y segundo está dispuesto un material dieléctrico.
En una realización se describe un sistema para controlar el vuelo de una plataforma móvil aérea. El sistema incluye un actuador de plasma dispuesto adyacente a una superficie de una plataforma móvil y una fuente de voltaje de corriente alterna (CA) para activar eléctricamente al actuador de plasma. El actuador de plasma tiene un primer electrodo dispuesto adyacente a la superficie de la plataforma móvil de modo que esté en el camino de un flujo de capa límite sobre la superficie, y un segundo electrodo dispuesto adyacente a la superficie aguas abajo del primer electrodo, con relación a la dirección del flujo de la capa límite. Un tercer electrodo está separado de los electrodos primero y segundo por una capa de dieléctrico, y está dispuesto entre los electrodos primero y segundo y dentro de un plano que está desplazado lateralmente con respecto a los electrodos primero y segundo. Un controlador controla la aplicación de un voltaje de CA de la fuente de voltaje de CA a los electrodos, para al menos una de dos:
aplicar el voltaje de CA a través de los electrodos primero y tercero, para producir la ionización del aire entre los electrodos primero y tercero que retarde la separación del flujo de la capa límite sobre la superficie; y aplicar el voltaje de CA a través de los electrodos segundo y tercero, para producir la ionización del aire entre los electrodos segundo y tercero, que produzca la separación del flujo de la capa límite sobre la superficie.
En una realización, el sistema y el método forman un actuador de plasma que es capaz de prevenir selectivamente la separación de un flujo de la capa límite de una superficie de un objeto, así como de producir la separación del flujo de la capa límite.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los dibujos que aquí se describen son para fines ilustrativos únicamente, y no están destinados a limitar el alcance de la presente exposición en modo alguno.
La Figura 1 es una vista en planta de una plataforma móvil que incorpora una pluralidad de actuadores de plasma de acuerdo con una realización de la presente exposición, en donde los actuadores de plasma se emplean a lo largo de los bordes de ataque de las alas de un avión;
La Figura 2 es una vista lateral en corte transversal ampliada de uno de los actuadores representados en la Figura 1, tomada por la línea de corte 2-2 de la Figura 1, y en la que se ilustra el actuador activado para retrasar la separación del flujo de la capa límite sobre la superficie del ala, y en la que también se ilustran, en forma simplificada, la fuente de voltaje de CA y el controlador usado para controlar el actuador; y
La Figura 3 es una vista del actuador de plasma de la Figura 2, pero con el actuador siendo controlado para producir la separación del flujo de la capa límite de la superficie del ala.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La descripción que sigue es únicamente un ejemplo en cuanto a su naturaleza, y no está destinada a limitar la presente exposición, aplicación, o usos.
Con referencia a la Figura 1, se ha ilustrado en ella una plataforma móvil que, en este ejemplo, es un avión 12, que incorpora una pluralidad de actuadores de plasma 10. En este ejemplo, los actuadores de plasma 10 están dispuestos adyacentes a los bordes de ataque 16a y 16b de las alas 14a y 14b, respectivamente, del avión 12. Se comprenderá, sin embargo, que los actuadores de plasma 10 pueden ser usados en virtualmente cualquier forma de plataforma móvil donde sea deseable efectuar el control direccional o de actitud de la plataforma móvil sin necesidad de paneles articulados o movibles. Otras posibles aplicaciones pueden implicar aviones sin piloto, misiles, aviones de alas giratorias, vehículos terrestres de alta velocidad, y posiblemente incluso barcos marinos de alta velocidad. También, aunque se han ilustrado los actuadores de plasma 10 en las alas 14a, 14b del avión 12, podían ser igualmente empleados a lo largo del fuselaje, en los estabilizadores horizontales, en la cola vertical, en la parte troncocónica del fuselaje o en cualquier otro lugar donde pueda ser deseable influir en el flujo de la capa límite sobre el avión.
En la práctica, será frecuentemente deseable incluir una pluralidad de los actuadores de plasma 10 a lo largo de una superficie donde se necesite el control sobre la capa límite, como se ha ilustrado en la Figura 1. El espaciamiento entre los actuadores de plasma adyacentes 10, las dimensiones del actuador, y el número específico de actuadores, vendrán determinados por las necesidades de una aplicación específica.
Con referencia a la Figura 2, se ha representado uno de los actuadores de plasma 10 en una vista en corte transversal lateral. Cada actuador de plasma 10 incluye un primer electrodo 18, un segundo electrodo 20 y un tercer electrodo 22. El segundo electrodo 20 está espaciado del primer electrodo 18. Preferiblemente, los electrodos 18 y 20 están montados rebajados en una superficie 24 del ala 14a, de modo que las superficies superiores 18a y 20a de los electrodos 18 y 20, respectivamente, están situadas generalmente enrasadas con la superficie 24 y coplanarias la una con la otra. Como alternativa, los electrodos 18 y 20 podrían ir montados encima de la superficie 24. El montaje en rebajos de los electrodos 18 y 20, sin embargo, contribuirá a mantener el perfil aerodinámico original del ala 14a, o de otra superficie sobre la cual haya sido implementado el actuador 10, y a reducir la resistencia aerodinámica.
El tercer electrodo 22 está montado entre el primer electrodo 18 y el segundo electrodo 20, y está en general en línea longitudinalmente con los electrodos 18 y 20, pero está dispuesto de modo que asienta desplazado lateralmente (es decir, situado por debajo) con los electrodos 18 y 20. Alrededor del tercer electrodo 22 se ha previsto una capa de material dieléctrico 25 que lo separa de los electrodos primero y segundo 18 y 20, respectivamente. Cada uno de los electrodos 18, 20 y 22 puede estar formado con una forma en general rectangular, con su eje geométrico mayor (es decir, su lado largo) perpendicular a la dirección del flujo de la capa límite. Son igualmente posibles otras orientaciones, dependiendo de las necesidades de una aplicación específica.
En la práctica, los electrodos 18, 20, 22 pueden estar formados de cualquier material conductor. El cobre es un material que es particularmente adecuado. Los electrodos 18, 20, 22 pueden ser formados como tiras delgadas, posiblemente como tiras de hoja delgada, y pueden tener un grosor típico del orden de aproximadamente 0,0254 – 0,127 mm). La longitud y la anchura de cada electrodo 18, 20, 22 pueden variar como sea necesario para adaptarse a aplicaciones específicas, pero está previsto que para aplicaciones a muchos aviones, la longitud y la anchura de cada electrodo pueden ser típicamente del orden de 2,54 cm – 50,08 cm de longitud, y 3 – 5 mm de anchura para cada uno de los electrodos 18 y 20. La anchura del electrodo enterrado 22 será típicamente mayor que la empleada para el electrodo 22, y típicamente será del orden de 2,54 cm a 5,08 cm, dependiendo del voltaje con el que se opere, que es suministrado por la fuente de voltaje de CA 26. La capa de dieléctrico del material 25 puede comprender cualquier material dieléctrico adecuado, por ejemplo materiales dieléctricos de cuarzo, de KAPTON® ó de TEFLON®. También pueden ser adecuados para su uso otros materiales dieléctricos, tales como las cerámicas, y el dieléctrico preciso usado puede venir impuesto por las necesidades de una aplicación específica. También puede usarse una parte de la capa de material dieléctrico 25 para llenar el espacio de separación entre los electrodos primero y segundo 18 y 20. El espaciamiento en altura del primer electrodo 22 con respecto a los electrodos primero y segundo 18 y 20, será típicamente de aproximadamente 0,076 – 12,7 mm, aunque éste puede variar también significativamente, así como depender de las necesidades de una aplicación especifica.
Siguiendo con referencia a la Figura 2, una fuente de voltaje de CA 26 está acoplada al tercer electrodo 22 y, a través de un par de conmutadores 28 y 30, a los electrodos primero y segundo 18 y 22, respectivamente. La fuente de voltaje de CA 26 genera una señal de CA de baja intensidad y alto voltaje, preferiblemente en el margen de aproximadamente 3000 – 20000 voltios. La frecuencia de la fuente 26 de voltaje de CA está típicamente comprendida entre aproximadamente 1 Khz. y 20 Khz., pero puede variar como sea necesario para que sea resulte para una aplicación específica. La salida exacta de la fuente de voltaje de CA 26 es preferiblemente variable, para hacer posible que el actuador 10 proporcione un grado variable de control del flujo de fluido.
Un controlador 32 está en comunicación con los conmutadores 28 y 30. Los conmutadores 28, 30 pueden ser dispositivos de conmutación semiconductores adecuados para manejar el voltaje generado por la fuente de voltaje de CA 26, o bien pueden comprender cualquier otra forma adecuada de dispositivos de conmutación. Como se describirá con más detalle en los párrafos que siguen, los componentes 18, 20, 22, 25, 26, 28, 30 y 32 forman efectivamente un aparato actuador de plasma de "modo dual", que es capaz de causar o inhibir, selectivamente, la separación de la capa límite de la superficie 24. También puede usarse el controlador 32 para controlar la salida precisa de la fuente de voltaje de CA 26. En una implementación, se puede usar el controlador 32 para controlar los conmutadores 28 y 30 para generar impulsos de voltaje de CA que son aplicados a través de los pares de electrodos 18, 22 y 20, 22, con un ciclo de trabajo de entre aproximadamente el 10% y el 100%. La aplicación de una señal de CA de pulsos a los pares de electrodos 18, 22 y 20, 22 puede dar por resultado un aumento del rendimiento de la potencia y de la eficacia total del actuador
10.
Con referencia además a las Figuras 2 y 3, se describirá la operación del actuador de plasma 10. En la Figura 2, cuando se desee evitar la separación del flujo de la capa límite de la superficie 24, el controlador 32 hace que el conmutador 28 sea activado (es decir, cerrado) y que se abra el conmutador 30. Esto se traduce en que se aplica el alto voltaje de CA obtenido de la fuente de voltaje de CA 26, a través de los electrodos 18 y 22. El alto voltaje hace que el aire en las proximidades del espaciamiento entre los electrodos 18 y 22 sea ionizado. La ionización tiene lugar típicamente cuando se aplica un voltaje de aproximadamente 3000 voltios a través de los electrodos 18 y 22. El campo eléctrico que se crea actúa sobre el aire ionizado para acelerar las partículas cargadas, las cuales colisionan con las moléculas de aire neutras de la capa límite para crear un "chorro de pared". La resistencia del campo eléctrico es directamente proporcional a la magnitud del voltaje de CA aplicado. Más en particular, el campo eléctrico induce un impulso de fuerza a la masa de aire ionizado, que sirve para reducir el flujo de fluido (es decir, el chorro de pared) muy cerca de la superficie 24. El flujo de fluido inducido se ha indicado por la flecha 34. El flujo de fluido inducido 34 produce un aumento en el momento del fluido de la capa límite cerca de la superficie 24. El flujo de fluido inducido resultante tiene lugar desde el primer electrodo 18 hacia el tercer electrodo 22. El flujo de fluido inducido 34 funciona para evitar, o al menos retardar significativamente, la separación de la capa límite de la superficie 24. En consecuencia, en la Figura 2 se ha ilustrado lo que puede verse como un "modo de flujo unido" o "primera configuración operativa" para el actuador 10.
Con referencia a la Figura 3, cuando se desee causar la separación de la capa límite de la superficie 24, el controlador 32 activa (es decir, cierra) el conmutador 30 y abre el conmutador 28. Esto hace también que el aire de la región entre el segundo electrodo 20 y el tercer electrodo 22 se ionice, pero el flujo de fluido inducido, representado por la flecha 36, es en dirección en general opuesta a la del flujo de fluido inducido 34. El flujo de fluido inducido 36 sirve para causar la separación de la capa límite de la superficie 24. Así, simplemente controlando a través de cual de los pares de electrodos 18, 22 ó 20, 22 de cada actuador 10 de plasma se aplica el voltaje de CA, se puede influir en el flujo de la capa límite en la medida en que sea necesario. Cuando se aplique un voltaje de CA variable, puede variarse entonces la intensidad del campo eléctrico, y por consiguiente el grado en el cual influyen los electrodos 18 y 22 en el flujo de la capa límite. En la Figura 3 se ha ilustrado lo que puede considerarse como un "modo de flujo separado" ó "segunda configuración operante" del actuador 10.
Los actuadores de plasma 10 pueden ser usados para fines de control direccional, por ejemplo para un bajo ángulo de ataque, controlando para ello los actuadores 10 en las alas 14a y 14b de modo diferentes. Por ejemplo, controlando los actuadores de plasma 10 en el ala 14a de modo que se logre un efecto, por ejemplo, el de evitar la separación del flujo, mientras se controlan los actuadores 10 en el ala 14b para inducir la separación del flujo, se puede conseguir el control direccional del avión 12. El control direccional es el resultado de la resistencia diferencial producida por los efectos de cooperación de los actuadores de plasma 10 sobre las alas 14a y 14b, y el brazo del momento de fuerza generada en cada punta de ala alrededor de la línea central de cada ala 14a y 14b.
Como resultará evidente, lo expuesto en lo que antecede es simplemente un ejemplo de como pueden implementarse los actuadores de plasma 10 en el avión 12. Los actuadores de plasma 10 pueden usarse, en vez de para eso, para generar una fuerza lateral diferencial sobre el fuselaje de un avión o de un misil, y por consiguiente generar un momento de guiñada. Como alternativa, podría generarse una sustentación diferencial en las alas 14a y 14b para inducir un momento de alabeo.
La eliminación o reducción de los efectores de control de accionamiento mecánico/hidráulico convencionales, puede reducir significativamente el peso de un avión, y por consiguiente obtenerse un mayor tiempo de vuelo o radio de acción de la misión para un avión dado. Los actuadores de plasma 10 y el sistema y la metodología relacionados que aquí se han descrito, pueden usarse para sustituir a los efectores de control convencionales, tales como los flaps de borde de ataque o de borde de salida, los alerones, las superficies de cola móviles y los generadores de torbellinos, reduciéndose así el peso y la resistencia asociados con tales componentes.
Aunque se han descrito varias realizaciones, quienes sean expertos en la técnica reconocerán modificaciones o variaciones que pudieran realizarse sin desviarse de la presente exposición. Los ejemplos ilustran las diversas realizaciones y no están destinados a limitar la presente exposición. Por lo tanto, la descripción y las reivindicaciones deberán ser interpretadas liberalmente, con solamente una limitación tal como la que sea necesaria a la vista de la técnica anterior pertinente.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un método para controlar el vuelo direccional de una plataforma móvil aérea
    (12) que comprende:
    disponer un actuador de plasma (10) adyacente a una superficie (24) de dicha plataforma móvil de modo que esté en el camino de un flujo de la capa límite sobre dicha superficie, teniendo dicho primer actuador de plasma electrodos primero y segundo (18, 20) espaciados entre sí a lo largo de la dirección del flujo de dicha capa límite; disponer un tercer electrodo (22) entre dichos electrodos primero y segundo, y dentro de un plano que está desplazado lateralmente de un plano en el cual estén dispuestos dichos electrodos primero y segundo; estando caracterizado dicho método por: disponer un material dieléctrico (25) entre dicho tercer electrodo y dichos electrodos primero y segundo; para hacer que se cierre un conmutador (28) entre dichos electrodos primero y tercero y que se abra un conmutador (30) entre dichos electrodos segundo y tercero; y controlar dicho actuador de plasma para que adopte una primera configuración operativa en la cual dicho actuador de plasma influye en dicho flujo de la capa límite de una manera que retarda la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie; y controlar dicho actuador de plasma para cerrar el conmutador (30) y abrir el conmutador (28), para adoptar una segunda configuración operativa en la cual dicho actuador de plasma induce la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie, en que el control de dicho actuador de plasma (10) para que adopte una primera configuración operativa comprende usar una fuente (26) de la señal de corriente alterna (CA) para aplicar un voltaje de CA a través de dichos electrodos primero y tercero (18, 22), produciendo dicho voltaje de CA la ionización del aire en las proximidades de dichos electrodos primero y tercero, lo cual crea un impulso que actúa sobre dicho flujo de la capa límite para retardar la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie (24) en dichas proximidades de dichos electrodos primero y tercero, y en el que el control de dicho actuador de plasma (10) para que adopte una segunda configuración operativa, comprende usar una fuente (26) de señal de corriente alterna (CA) para aplicar un voltaje de CA a través de dichos electrodos segundo y tercero (20, 22), produciendo dicho voltaje de CA la ionización del aire en las proximidades de dichos electrodos segundo y tercero, que crea un impulso que actúa sobre dicho flujo de la capa límite para producir la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie (24) en dichas proximidades de dichos electrodos segundo y tercero.
  2. 2.
    El método según la reivindicación 1, en el que el uso de dicha fuente de señales de corriente alterna (26) comprende usar una fuente de señales de corriente alterna que proporciona un voltaje de al menos aproximadamente 3.000 voltios.
  3. 3.
    El método según la reivindicación 1, en el que el uso de dicha fuente de señales de corriente alterna (26) comprende usar una fuente de señales de corriente alterna que proporcione un voltaje comprendido entre aproximadamente 3.000 y
  4. 20.000 voltios.
  5. 4.
    El método según la reivindicación 1, en el que disponer un actuador de plasma (10) adyacente a una superficie (24) de dicha plataforma móvil, comprende disponer un actuador de plasma adyacente a un borde de ataque (16a, 16b) de un ala (14a, 14b) de un avión.
  6. 5.
    Un actuador de plasma para controlar el vuelo direccional de una plataforma móvil aérea influyendo para ello en el flujo de la capa límite sobre una superficie de la misma, comprendiendo dicho actuador:
    un primer electrodo (18) adaptado para ser dispuesto adyacente a dicha superficie; un segundo electrodo (20) adaptado para ser dispuesto adyacente a dicha superficie y aguas abajo de dicho primer electrodo, con relación a una dirección del flujo de dicho flujo de la capa límite; un tercer electrodo (22) adaptado para ser dispuesto entre dichos electrodos primero y segundo, y desplazado lateralmente de dichos electrodos primero y segundo; y una fuente de voltaje de CA (28) para aplicar un voltaje de CA a través de al menos uno de: dichos electrodos primero y tercero, para producir la ionización del aire entre dichos electrodos primero y tercero que retarde la separación de dicho flujo de la capa límite sobre dicha superficie; y dichos electrodos segundo y tercero, para producir la ionización del aire entre dichos electrodos segundo y tercero que cause la separación de dicho flujo de la capa límite sobre dicha superficie, caracterizado dicho actuador por
    al menos un conmutador (28, 30) interpuesto entre dicha fuente de voltaje de CA y dicho uno de dichos electrodos y que responde a un controlador (32) para controlar la aplicación de dicho voltaje de CA a dichos electrodos.
  7. 6.
    El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que dichos electrodos primero y segundo (18, 20) están adaptados para ser dispuestos longitudinalmente en línea el uno con el otro, con relación a una dirección de flujo de dicho flujo de la capa límite.
  8. 7.
    El actuador de plasma (10) según la reivindicación 6, en el que dichos electrodos primero y segundo (18, 20) están adaptados para ser dispuestos dentro de un plano común.
  9. 8.
    El actuador de plasma (10) según la reivindicación 7, en el que dicho tercer electrodo (22) está separado de dichos electrodos primero y segundo (18, 22) por una capa (25) de material dieléctrico.
  10. 9.
    El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que dichos electrodos primero y segundo (18, 20) están ambos adaptados para ser dispuestos de tal modo que una superficie superior (18a, 20a) de cada uno es aproximadamente coplanaria con dicha superficie (24) de dicho objeto.
  11. 10.
    El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que dicha fuente de voltaje de CA (26) está adaptada para generar un voltaje de CA comprendido entre aproximadamente 3.000 y 20.000 voltios.
  12. 11.
    El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que dicha fuente de voltaje de CA (26) está adaptada para operar a una frecuencia comprendida entre aproximadamente 1 Khz. y 20 Khz.
  13. 12.
    El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que cada uno de dichos electrodos (18, 20, 22) es de forma rectangular, con una dimensión en el sentido de la longitud orientada paralela a una dirección de flujo de dicho flujo de la capa límite.
ES08156381T 2007-05-25 2008-05-16 Método y sistema actuador de control de flujo de plasma. Active ES2350809T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US753876 2007-05-25
US11/753,876 US8016247B2 (en) 2007-05-25 2007-05-25 Plasma flow control actuator system and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2350809T3 true ES2350809T3 (es) 2011-01-27

Family

ID=39739788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES08156381T Active ES2350809T3 (es) 2007-05-25 2008-05-16 Método y sistema actuador de control de flujo de plasma.

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8016247B2 (es)
EP (1) EP1995173B1 (es)
JP (1) JP5255903B2 (es)
CN (1) CN101318554B (es)
AT (1) ATE485217T1 (es)
DE (1) DE602008003052D1 (es)
ES (1) ES2350809T3 (es)
RU (1) RU2472673C2 (es)

Families Citing this family (65)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009005895A2 (en) * 2007-05-08 2009-01-08 University Of Florida Research Foundation, Inc. Method and apparatus for multibarrier plasma actuated high performance flow control
US20110272531A1 (en) * 2007-12-19 2011-11-10 Minick Alan B Drag reduction through ion field flow control
US8220753B2 (en) * 2008-01-04 2012-07-17 The Boeing Company Systems and methods for controlling flows with pulsed discharges
US9446840B2 (en) * 2008-07-01 2016-09-20 The Boeing Company Systems and methods for alleviating aircraft loads with plasma actuators
CN101784155B (zh) * 2009-01-21 2012-05-02 郝江南 一种等离子体双极性激励电极
US8226047B2 (en) 2009-01-23 2012-07-24 General Electric Company Reduction of tip vortex and wake interaction effects in energy and propulsion systems
EP2458188B1 (en) 2009-08-26 2014-06-04 Daihatsu Motor Co., Ltd. Plasma actuator
US10011344B1 (en) * 2009-12-31 2018-07-03 Orbital Research Inc. Plasma control and power system
US9975625B2 (en) * 2010-04-19 2018-05-22 The Boeing Company Laminated plasma actuator
WO2011133807A2 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 University Of Florida Research Foundation Inc. System, method, and apparatus for microscale plasma actuation
WO2012036602A1 (en) * 2010-09-15 2012-03-22 Saab Ab Plasma-enhanced active laminar flow actuator system
US8636254B2 (en) * 2010-09-29 2014-01-28 Lockheed Martin Corporation Dynamically controlled cross flow instability inhibiting assembly
US9090326B2 (en) * 2010-10-13 2015-07-28 The Boeing Company Active flow control on a vertical stabilizer and rudder
CN102595758A (zh) * 2011-01-12 2012-07-18 中国科学院工程热物理研究所 介质阻挡放电等离子体尾缘射流装置及方法
US8523115B2 (en) 2011-01-28 2013-09-03 Lockheed Martin Corporation System, apparatus, program product, and related methods for providing boundary layer flow control
WO2012122045A2 (en) * 2011-03-04 2012-09-13 The Board Of Regents For Oklahoma State University Plasma apparatus for biological decontamination and sterilization and method for use
US8916795B2 (en) * 2011-03-28 2014-12-23 Lockheed Martin Corporation Plasma actuated vortex generators
US20120312923A1 (en) * 2011-06-08 2012-12-13 Lockheed Martin Corporation Mitigating transonic shock wave with plasma heating elements
WO2012178147A2 (en) * 2011-06-24 2012-12-27 University Of Florida Resarch Foundation, Inc. Solid state heating source and plasma actuators including extreme materials
RU2492367C2 (ru) * 2011-08-24 2013-09-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Способ ламинаризации пограничного слоя на аэродинамической поверхности
RU2488522C2 (ru) * 2011-09-07 2013-07-27 Леонид Васильевич Носачев Способ управления обтеканием летательного аппарата
FR2964357B1 (fr) * 2011-11-29 2013-10-18 Pierre Magnier Controle actif d'un ecoulement d'air sur un aileron par un actionneur electroarodynamique
US8944370B2 (en) 2012-01-09 2015-02-03 The Boeing Company Plasma actuating propulsion system for aerial vehicles
CN102602541A (zh) * 2012-03-20 2012-07-25 南京航空航天大学 采用等离子体激励器进行飞行器姿态控制的方法
AT512885A1 (de) * 2012-05-14 2013-11-15 Gerhardter Verfahren und Vorrichtungen zur Beeinflussung der Stromlinien
CN102756803B (zh) * 2012-07-04 2015-06-17 北京航空航天大学 基于等离子体壁面射流的气动式格尼襟翼
KR101372903B1 (ko) 2012-08-31 2014-03-12 한국철도기술연구원 박막 대면적 플라즈마 공기저항 저감 시스템
US9849202B2 (en) 2012-09-14 2017-12-26 The Board Of Regents For Oklahoma State University Plasma pouch
KR101381872B1 (ko) 2012-10-19 2014-04-07 한국철도기술연구원 공기 유동 제어를 위한 표면부착용 플라즈마 발생 필름
WO2014084925A1 (en) * 2012-11-27 2014-06-05 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Rail plasma actuator for high-authority flow control
WO2014131055A1 (en) * 2013-02-25 2014-08-28 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Method and apparatus for providing high control authority atmospheric plasma
JP6029068B2 (ja) * 2013-04-30 2016-11-24 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 表面流制御システムおよび表面流制御方法
US20150232172A1 (en) * 2014-02-20 2015-08-20 Donald Steve Morris Airfoil assembly and method
US9637224B2 (en) * 2014-02-21 2017-05-02 The Boeing Company Plasma-assisted synthetic jets for active air flow control
US9746010B2 (en) * 2014-04-09 2017-08-29 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Noise control of cavity flows using active and/or passive receptive channels
CN104202898B (zh) * 2014-07-09 2016-05-11 中国人民解放军国防科学技术大学 基于高超声速流能量利用的零能耗零质量合成射流装置
US9757776B2 (en) 2014-10-16 2017-09-12 The Boeing Company Clearing of apertures by plasma jets
US9955564B2 (en) * 2016-06-13 2018-04-24 Elmer Griebeler Dielectric barrier discharge device
US10543907B2 (en) * 2015-07-06 2020-01-28 California Institute Of Technology Flow control technique by dielectric materials
US9771146B2 (en) * 2015-09-24 2017-09-26 The Boeing Company Embedded dielectric structures for active flow control plasma sources
NL2015633B1 (en) * 2015-10-19 2017-05-09 Univ Delft Tech Dielectric barrier discharge DBD plasma actuator for an air-foil of a wind turbine or an airplane.
US9725159B2 (en) * 2015-11-10 2017-08-08 The Boeing Company Mitigating shock using plasma
US10527074B2 (en) * 2016-07-27 2020-01-07 University Of Notre Dame Du Lac Method and apparatus of plasma flow control for drag reduction
EP3544391B1 (en) * 2016-09-29 2023-07-05 Universidade Da Beira Interior Ice detection/protection and flow control system
JP7158140B2 (ja) * 2017-11-07 2022-10-21 昂大 神山 推進装置及び航空機
US10495121B2 (en) * 2017-11-10 2019-12-03 X Development Llc Method and apparatus for combined anemometer and plasma actuator
CN107972891A (zh) * 2017-11-28 2018-05-01 北京航空航天大学 一种利用等离子体流动控制技术的飞行器姿态控制方法和实现装置
JP6609302B2 (ja) * 2017-12-26 2019-11-20 株式会社Subaru 流れ制御装置、流れ制御方法及び航空機
US10912182B2 (en) * 2018-04-30 2021-02-02 GM Global Technology Operations LLC Sensor cleaning apparatus
US20200023942A1 (en) * 2018-07-19 2020-01-23 General Electric Company Control system for an aircraft
RU194347U1 (ru) * 2019-06-19 2019-12-06 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Управляемый снаряд
JP7335765B2 (ja) * 2019-09-30 2023-08-30 株式会社Subaru 整流装置
JP7335767B2 (ja) * 2019-09-30 2023-08-30 株式会社Subaru 整流装置
GB2588830A (en) * 2019-11-11 2021-05-12 Airbus Operations Ltd Active drag control system for an aircraft
US11415118B1 (en) * 2019-12-02 2022-08-16 David A. Colasante Apparatus, system and method for generating ionosonic lift
CN110805495B (zh) * 2019-12-05 2021-10-01 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种定几何宽速域超音速进气道及其工作方法和飞行器
CN111142565B (zh) * 2019-12-31 2021-06-08 浙江大学 一种基于电空气动力学可自适应环境的无桨叶飞行器及其控制方法
US11905983B2 (en) * 2020-01-23 2024-02-20 Deep Science, Llc Systems and methods for active control of surface drag using electrodes
US20230137457A1 (en) * 2020-04-03 2023-05-04 University Of Florida Research Foundation, Inc. Blade tip vortex control
ES2949800T3 (es) * 2020-04-29 2023-10-03 Airbus Operations Sl Sección del extremo trasero de una aeronave
JP7410793B2 (ja) * 2020-05-12 2024-01-10 株式会社Subaru 整流装置
WO2022177960A1 (en) 2021-02-17 2022-08-25 Deep Science, Llc In-plane transverse momentum injection to disrupt large-scale eddies in a turbulent boundary layer
CN113511329B (zh) * 2021-05-12 2022-12-13 上海机电工程研究所 一种外形渐变式横向整体分离整流罩及飞行器
CN113316301B (zh) * 2021-06-08 2022-02-18 西安理工大学 一种可用于机翼减阻的单向导通等离子体吸气装置
EP4332386A1 (en) * 2022-09-01 2024-03-06 Karlsruher Institut für Technologie Device and method for flow forcing of a fluid

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5320309A (en) * 1992-06-26 1994-06-14 British Technology Group Usa, Inc. Electromagnetic device and method for boundary layer control
DE10014034C2 (de) * 2000-03-22 2002-01-24 Thomson Tubes Electroniques Gm Plasma-Beschleuniger-Anordnung
GB0108740D0 (en) 2001-04-06 2001-05-30 Bae Systems Plc Turbulent flow drag reduction
DE10130464B4 (de) * 2001-06-23 2010-09-16 Thales Electron Devices Gmbh Plasmabeschleuniger-Anordnung
US6570333B1 (en) * 2002-01-31 2003-05-27 Sandia Corporation Method for generating surface plasma
RU2271307C2 (ru) * 2004-05-17 2006-03-10 Владимир Александрович Иванов Способ управления аэродинамическим обтеканием летательного аппарата и генератор плазмы
US7413149B2 (en) 2004-07-21 2008-08-19 United Technologies Corporation Wing enhancement through ion entrainment of media
EP1937552B1 (en) 2005-10-17 2011-06-15 Bell Helicopter Textron Inc. Plasma actuators for drag reduction on wings, nacelles and/or fuselage of vertical take-off and landing aircraft
US7703479B2 (en) * 2005-10-17 2010-04-27 The University Of Kentucky Research Foundation Plasma actuator
JP5060163B2 (ja) * 2006-04-28 2012-10-31 株式会社東芝
US8006939B2 (en) 2006-11-22 2011-08-30 Lockheed Martin Corporation Over-wing traveling-wave axial flow plasma accelerator
US7736123B2 (en) 2006-12-15 2010-06-15 General Electric Company Plasma induced virtual turbine airfoil trailing edge extension

Also Published As

Publication number Publication date
ATE485217T1 (de) 2010-11-15
US8016247B2 (en) 2011-09-13
RU2008120781A (ru) 2009-11-27
EP1995173B1 (en) 2010-10-20
JP2008290709A (ja) 2008-12-04
RU2472673C2 (ru) 2013-01-20
DE602008003052D1 (de) 2010-12-02
CN101318554A (zh) 2008-12-10
EP1995173A1 (en) 2008-11-26
CN101318554B (zh) 2013-05-22
JP5255903B2 (ja) 2013-08-07
US20100133386A1 (en) 2010-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2350809T3 (es) Método y sistema actuador de control de flujo de plasma.
ES2387001T3 (es) Aparato y método para controlar el flujo de plasma en el borde de salida de un perfil aerodinámico
ES2398489T3 (es) Sistema de accionamiento por plasma y método para su uso con un compartimento para armas en una plataforma móvil de alta velocidad
EP2321084B1 (en) System and method for aerodynamic flow control
US8006939B2 (en) Over-wing traveling-wave axial flow plasma accelerator
US6247671B1 (en) Ion doping apparatus and method for aerodynamic flow control
US7229048B1 (en) Aerodynamic control of a hypersonic entry vehicle
US20170088255A1 (en) Embedded dielectric structures for active flow control plasma sources
JP7096698B2 (ja) 翼構造体、翼構造体の制御方法及び航空機
WO2021102171A1 (en) Vortex control on engine nacelle strake and other vortex generators
JP2019189045A (ja) 翼構造体、翼構造体の制御方法及び航空機