JP5060163B2 - Wings - Google Patents

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Description

本発明は、放電プラズマの作用により気流を発生させる気流発生ユニットを備えた翼に関する。 The present invention relates to a blade having a gas flow generating unit Ru is generated airflow by the action of the discharge plasma.

対向金属電極の間に生成させた放電プラズマの作用により気流が誘起される現象は、イオン風と呼ばれ、その原理と応用については電気集塵機の分野等で従来から研究されている(例えば、非特許文献1参照。)。しかしながら、従来用いられているイオン風の発生方法は、金属平板電極に対し、金属針電極または金属線状電極を用いるものであり、放電を発生させる環境によっては放電が不安定になる。例えば、高温ガス中や含塵ガス中においては、放電がアークに移行して過剰な電力が投入されたり、気流誘起効率が低下したり、さらには発熱により機器を損傷する危険もあるため、アークが生成した場合には電圧の印加を停止する必要があった。そのため、イオン風の効果は限定されたものとなり、その適用用途は広がっていない。   The phenomenon in which airflow is induced by the action of discharge plasma generated between opposing metal electrodes is called ion wind, and its principle and application have been studied in the field of electrostatic precipitators (for example, non-winding). (See Patent Document 1). However, conventionally used ion wind generating methods use a metal needle electrode or a metal linear electrode for the metal flat plate electrode, and the discharge becomes unstable depending on the environment in which the discharge is generated. For example, in high-temperature gas or dust-containing gas, there is a risk that the discharge will be transferred to the arc and excessive power is applied, the airflow induction efficiency is reduced, and there is a risk of damage to the equipment due to heat generation. When this occurs, it is necessary to stop the application of voltage. Therefore, the effect of ionic wind is limited, and its application is not widespread.

一方、例えば、翼などの物体表面における空気力学的特性の制御方法として、これまでは、翼型を最適化して、使用空気条件における翼表面の流れの剥離を抑制する、翼の構造的な観点からのアプローチがなされてきた。
電気学会論文誌第97巻 第5号(1977年),p259−p266
On the other hand, for example, as a method of controlling aerodynamic characteristics on the surface of an object such as a wing, so far, the wing shape has been optimized to suppress separation of the wing surface flow under the operating air conditions. Has been approached.
Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 97, No. 5 (1977), p259-p266

上記した、例えば、従来の翼などの空気力学的特性に関する翼の構造的な最適化は、特定範囲の空気条件における特性を最適化することはできるが、例えば温度や風量が広い範囲で変化する場合に、その範囲に対応して特性を最適化することは不可能であった。また、機械的駆動部によって最適化の範囲を広げる試みもなされているが、駆動部の制御時定数以下の急激な変動には追随することが不可能であった。   The structural optimization of a wing related to aerodynamic characteristics such as, for example, a conventional wing described above can optimize the characteristics in a specific range of air conditions, but the temperature and the air volume change in a wide range, for example. In some cases, it was impossible to optimize the characteristics corresponding to the range. Attempts have also been made to expand the range of optimization by the mechanical drive unit, but it has been impossible to follow a rapid fluctuation below the control time constant of the drive unit.

一方、上記したイオン風のような気流を微細な空間に発生できれば、物体表面のごく近傍の気流を変化させることができ、広い制御範囲をもち非常に制御時定数の短い空気力学的特性の制御手段として利用することができる。また、翼以外にも、流体の流れを利用して所定の機能を発揮させている装置等に、空気力学的特性の制御手段や、気流発生手段等として利用することもできる。   On the other hand, if the air flow like the ionic wind described above can be generated in a minute space, the air flow in the immediate vicinity of the object surface can be changed, and control of aerodynamic characteristics with a wide control range and a very short control time constant. It can be used as a means. In addition to blades, the present invention can also be used as an aerodynamic characteristic control means, an airflow generation means, or the like in a device that performs a predetermined function using a fluid flow.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、放電プラズマによる気流誘起現象により高温下や含塵環境下においても安定して気流を発生させることができ、空気力学的特性の制御などを行うことが可能な気流発生ユニットを備えた翼を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and can generate airflow stably even under high temperature and dusty environment due to airflow induction phenomenon caused by discharge plasma, and has aerodynamic characteristics. and to provide a blade having a gas flow generating unit capable of performing control such as.

上記目的を達成するために、本発明のは、固体からなる誘電体を介して配置された第1の電極と第2の電極との間に電圧を印加して放電させることにより気流を発生させる気流発生ユニットを翼面の所定の位置に備え、揚力を発生する翼であって、前記誘電体が、ブロック状の誘電体ブロックで構成され、前記第1の電極が、前記誘電体ブロックの一方の表面から露出して設けられ、または前記誘電体ブロックに埋設され、前記第2の電極が、前記第1の電極から前記誘電体ブロックの表面と水平な方向にずらして前記第1の電極と離間され、かつ前記誘電体ブロックに埋設され、前記第1の電極の、気流を発生させる方向の幅Lと、前記誘電体ブロックの、気流を発生させる方向と直交する厚さtとの比(L/t)が2以下であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the wing of the present invention generates an air flow by applying a voltage between the first electrode and the second electrode disposed via a solid dielectric and discharging it. An airflow generation unit for generating lift at a predetermined position on the blade surface, wherein the dielectric is formed of a block-shaped dielectric block, and the first electrode is formed of the dielectric block. The first electrode is exposed from one surface or embedded in the dielectric block, and the second electrode is shifted from the first electrode in a direction horizontal to the surface of the dielectric block. The width L of the first electrode in the direction in which the air flow is generated and the thickness t of the dielectric block perpendicular to the direction in which the air flow is generated. (L / t) is 2 or less And butterflies.

これらの気流発生装置によれば、誘電体を介して第1の電極と第2の電極との間に電圧を印加し、誘電体バリア放電を生じさせることで、所定の方向に気流を発生させることができる。 According to these airflow generation devices, a voltage is applied between the first electrode and the second electrode via a dielectric to generate a dielectric barrier discharge, thereby generating an airflow in a predetermined direction. be able to.

本発明によれば、放電プラズマによる気流誘起現象により高温下や含塵環境下においても安定して気流を発生させることができ、空気力学的特性の制御などを行うことが可能な気流発生ユニットを備えた翼を提供することができる。 According to the present invention, the discharge plasma due also can be generated stably stream at high temperatures and dust-containing environment by a gas stream induced phenomena, aerodynamic properties capable air flow generating unit to perform control such as It is possible to provide a wing provided with

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の気流発生装置10を模式的に示した斜視図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an airflow generation device 10 according to the first embodiment.

図1に示すように、気流発生装置10は、誘電体20と、この誘電体20を介して対向配置された一対の電極21、22と、ケーブル23を介して電極21、22間に電圧を印加する放電用電源24とから主に構成されている。   As shown in FIG. 1, the airflow generation device 10 applies a voltage between a dielectric 20, a pair of electrodes 21, 22 opposed to each other via the dielectric 20, and the electrodes 21, 22 via a cable 23. It is mainly composed of a discharge power supply 24 to be applied.

誘電体20は、公知な固体の誘電材料で構成される。誘電体20を構成する材料として具体的には、電気的絶縁材料である、アルミナやガラス、マイカなどの無機絶縁物、ポリイミド、ガラスエポキシ、ゴム、テフロン(登録商標)等の有機絶縁物などが挙げられるが、これらに限られるものではなく、気流発生装置10が使用される環境下において公知な固体の誘電材料から適宜に選択される。なお、少なくとも電極21側の誘電体20の表面は平面であることが好ましい。   The dielectric 20 is made of a known solid dielectric material. Specifically, the material constituting the dielectric 20 is an electrically insulating material such as an inorganic insulator such as alumina, glass or mica, or an organic insulator such as polyimide, glass epoxy, rubber or Teflon (registered trademark). Although it is mentioned, it is not restricted to these, It selects suitably from a well-known solid dielectric material in the environment where the airflow generator 10 is used. Note that at least the surface of the dielectric 20 on the electrode 21 side is preferably flat.

ここで、誘電体20の厚さをt、比誘電率をεとすると、ε/tが20以下となることが好ましい。なお、ε/tをこの範囲とすることが好ましい理由については後に述べる。   Here, if the thickness of the dielectric 20 is t and the relative dielectric constant is ε, ε / t is preferably 20 or less. The reason why it is preferable to set ε / t within this range will be described later.

電極21は棒状の電極で構成され、電極22は平板状の電極で構成されている。また、電極21は、誘電体20の表面に設けられ、電極22は、電極21から気流を発生させる方向にずらした誘電体20の裏面に設けられている。ここで、電極21は、誘電体20の表面から所定の間隔をおいて配置されてもよいし、誘電体20内に埋設されてもよい。また、電極22は、誘電体20の裏面から所定の間隔をおいて配置されてもよいし、誘電体20内に埋設されてもよい。なお、電極21および電極22を誘電体20内に埋設する場合には、それぞれの電極が、直接接触することなく誘電体20を介して配設される。また、電極21および/または電極22を誘電体20内に埋設する場合は、誘電体20の表面(平面)と平行に埋設されることが好ましい。これらの電極は、公知な導電性の材料で構成され、気流発生装置10が使用される環境に応じて、公知な導電性の材料から適宜に電極21、22を構成する材料が選択される。これらの電極間で誘電体20を介して誘電体バリア放電させることにより、電子およびイオン(正イオン・負イオン)が生成される。   The electrode 21 is composed of a rod-shaped electrode, and the electrode 22 is composed of a flat electrode. The electrode 21 is provided on the surface of the dielectric 20, and the electrode 22 is provided on the back surface of the dielectric 20 that is shifted in the direction in which an air flow is generated from the electrode 21. Here, the electrode 21 may be disposed at a predetermined interval from the surface of the dielectric 20 or may be embedded in the dielectric 20. In addition, the electrode 22 may be disposed at a predetermined interval from the back surface of the dielectric 20 or may be embedded in the dielectric 20. In addition, when embedding the electrode 21 and the electrode 22 in the dielectric material 20, each electrode is arrange | positioned through the dielectric material 20, without contacting directly. Further, when the electrode 21 and / or the electrode 22 is embedded in the dielectric 20, it is preferably embedded in parallel to the surface (plane) of the dielectric 20. These electrodes are made of a known conductive material, and materials constituting the electrodes 21 and 22 are appropriately selected from known conductive materials according to the environment in which the airflow generation device 10 is used. Electrons and ions (positive ions and negative ions) are generated by performing a dielectric barrier discharge between these electrodes via the dielectric 20.

ここで、電極21を棒状とした場合の直径、または電極21を平板状とした場合の幅(気流が発生する方向の長さ)は、誘電体20の厚さをtとする場合、20t以下であることが好ましく、さらに好ましのは2t以下である。一方、電極22を平板状とした場合における幅は、その電圧、圧力、温度での気体の平行平板における絶縁破壊距離の3倍以上であることが好ましい。なお、電極21、22の幅を上記した範囲とすることが好ましい理由については後に述べる。   Here, the diameter when the electrode 21 is formed into a rod shape, or the width when the electrode 21 is formed into a flat plate shape (the length in the direction in which the airflow is generated) is 20 t or less when the thickness of the dielectric 20 is t. It is preferable that it is 2t or less. On the other hand, when the electrode 22 is formed in a flat plate shape, the width is preferably at least three times the dielectric breakdown distance of the gas parallel plate at the voltage, pressure, and temperature. The reason why the widths of the electrodes 21 and 22 are preferably set in the above-described range will be described later.

放電用電源24は、電圧印加機構として機能し、電極21、22間に電圧を印加するものである。放電用電源24からの出力電圧は、例えば、パルス状(正極性、負極性、正負の両極性(交番電圧))や交流状(正弦波、断続正弦波)の波形を有する出力電圧などである。   The discharge power supply 24 functions as a voltage application mechanism and applies a voltage between the electrodes 21 and 22. The output voltage from the discharge power supply 24 is, for example, an output voltage having a pulse-like waveform (positive polarity, negative polarity, both positive and negative polarities (alternating voltage)) or an alternating waveform (sine wave, intermittent sine wave). .

放電用電源24としては、例えば、特開2004−278369号公報に記載されているような、トランスを有する高圧電源を用い、トランスの1次巻線からトランスの漏れインダクタンスと放電部(電極間部)の静電容量を含んで形成される共振回路にステップ電圧を与えることにより放電部に共振電圧を印加する方式を用いるものが好ましい。この方式によれば、トランスの1次側に正弦波形の交流電圧を印加する方式に比べてトランスを小型化することができる。特に、電源の小型化、低コスト化を実現したい場合にはこのような電源を用いることが好ましい。   As the discharge power source 24, for example, a high voltage power source having a transformer as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-278369 is used, and the leakage inductance of the transformer from the transformer primary winding and the discharge part (interelectrode part). It is preferable to use a method in which a resonance voltage is applied to the discharge part by applying a step voltage to a resonance circuit formed including the capacitance of According to this method, the transformer can be reduced in size as compared with a method in which a sinusoidal AC voltage is applied to the primary side of the transformer. In particular, it is preferable to use such a power source when it is desired to reduce the size and cost of the power source.

次に気流発生装置10の作用について説明する。   Next, the operation of the airflow generation device 10 will be described.

放電用電源24から電極21、22間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、電極21、22間に放電が起こり、放電に伴って放電プラズマが生成される。ここで、電極21、22間に誘電体20を介在させているので、高温下や含塵環境下においてもアーク放電にはいたらず、安定に維持することが可能な誘電体バリア放電が生じる。また、誘電体バリア放電は、誘電体20に沿って形成される沿面放電となる。この誘電体バリア放電によって、所定の方向に気流35を発生させることができる。   When a voltage is applied between the electrodes 21 and 22 from the discharge power supply 24 and a potential difference equals or exceeds a certain threshold value, a discharge occurs between the electrodes 21 and 22, and discharge plasma is generated along with the discharge. Here, since the dielectric 20 is interposed between the electrodes 21 and 22, arc discharge is not caused even at high temperature or in a dust-containing environment, and dielectric barrier discharge that can be stably maintained occurs. Further, the dielectric barrier discharge is a creeping discharge formed along the dielectric 20. This dielectric barrier discharge can generate an air flow 35 in a predetermined direction.

以下に、大気圧下における誘電体バリア放電の形成過程と、それに伴う気流発生の原理について、図1および図2を参照して説明する。図2は、図1に示す電極21に正電圧を印加した場合の放電の様子を説明するための模式断面図である。   Hereinafter, the formation process of the dielectric barrier discharge under the atmospheric pressure and the principle of the air flow generation associated therewith will be described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the state of discharge when a positive voltage is applied to the electrode 21 shown in FIG.

大気圧下における誘電体バリア放電は、一般に無数のストリーマと呼ばれる放電柱を形成する。気流発生の原理は、このストリーマの進展過程における電子およびイオンの運動量が中性気体分子に伝達された結果生じる現象であると考えられる。   A dielectric barrier discharge under atmospheric pressure generally forms a discharge column called a myriad of streamers. The principle of airflow generation is considered to be a phenomenon that occurs as a result of the momentum of electrons and ions being transferred to neutral gas molecules during the streamer process.

電極21、22間に高電圧が印加されると、電極21、22間に遇存する電子または宇宙線などにより偶発的に電離された電子が種となり、電界中で電離増殖を起こす。この電離増殖によって正イオンと電子を生じる。この正イオンは、その密度が十分に高くなると空間電荷の作用で陰極に向かう陰極向けストリーマ30を形成する。また、電子は、密度が十分に高くなると陽極に向かう陽極向けストリーマ31を形成する。   When a high voltage is applied between the electrodes 21 and 22, electrons that are treated between the electrodes 21 and 22 or electrons accidentally ionized by cosmic rays or the like become seeds and cause ionization and proliferation in an electric field. This ionization growth produces positive ions and electrons. When the positive ions have a sufficiently high density, they form a streamer 30 for the cathode toward the cathode by the action of space charge. Further, when the density becomes sufficiently high, the electrons form an anode-oriented streamer 31 toward the anode.

また、電子やイオンの中性粒子に与えられる力Fは、次の式(1)の関係を有している。
F ∝ (n+−n)×E …式(1)
ここで、n+は正イオンの密度であり、nは電子または負イオンの密度である。
The force F applied to neutral particles of electrons and ions has the relationship of the following formula (1).
F ∝ (n + −n ) × E (1)
Here, n + is the density of positive ions, and n is the density of electrons or negative ions.

式(1)で示されるように、局所的に正イオンと電子が同密度で混在するプラズマ部分では「n+=n」となり、力Fは相殺され「0」とみなせる。ストリーマの進展過程において、「n+≠n」となる領域はストリーマ先端部分のみとなり、この部分にのみ力Fが働くと考えられる。陰極向けストリーマ30の先端には正イオンが、陽極むけストリーマ31の先端には電子または負イオンが、それぞれ多く存在する。そのため、陰極向けストリーマ30の先端では電界方向に向かう力が、陽極向けストリーマ31の先端では電界と逆方向に向かう力が誘起されることになる。 As shown in the equation (1), in the plasma portion where positive ions and electrons are locally mixed at the same density, “n + = n ” is obtained, and the force F is canceled and can be regarded as “0”. In the progress of the streamer, the region where “n + ≠ n ” is only the streamer tip portion, and it is considered that the force F acts only on this portion. There are many positive ions at the tip of the cathode streamer 30 and many electrons or negative ions at the tip of the anode streamer 31. Therefore, a force in the direction of the electric field is induced at the tip of the cathode streamer 30, and a force in the direction opposite to the electric field is induced at the tip of the anode streamer 31.

上記した電極構成の場合、電極21近傍の電界強度が高くなるため、ストリーマの開始点は、電極21近傍(点P)となると考えられる(図2参照)。電極21に正電圧を印加した場合、電界は電極21から電極22への向きとなるため、陰極向けストリーマ30は、空間を横切って電極22に向かう。このときに正イオンが中性粒子に運動量を与える。一方、陽極向けストリーマ31は、陰極向けストリーマ30とは逆に、電極21に向かって進展するが、点Pから電極21までの距離が短く進展時間も短い。そのため、両ストリーマからの力を平均すると、電極21から電極22に向かう向きになり、その向きに気流35が発生する。   In the case of the electrode configuration described above, since the electric field strength in the vicinity of the electrode 21 is increased, the start point of the streamer is considered to be in the vicinity of the electrode 21 (point P) (see FIG. 2). When a positive voltage is applied to the electrode 21, the electric field is directed from the electrode 21 to the electrode 22, and thus the cathode streamer 30 travels toward the electrode 22 across the space. At this time, the positive ions impart momentum to the neutral particles. On the other hand, the streamer 31 for the anode advances toward the electrode 21, contrary to the streamer 30 for the cathode, but the distance from the point P to the electrode 21 is short and the development time is also short. Therefore, when the forces from both streamers are averaged, the direction is from the electrode 21 toward the electrode 22, and an air flow 35 is generated in that direction.

次に、電極21に負電圧を印加した場合、電界の向きは上記した場合と逆になるため、陰極向けストリーマは、点Pから電極21への短い距離を短時間で進展する。一方、陽極向けストリーマは、点Pから電極22までの長い空間を横切って電極22に向かう。そのため、電極21に正電圧を印加した場合と同様に、両ストリーマからの力の平均は、電極21から電極22に向かう向きになり、その向きに気流35が発生する。なお、陽極向けストリーマの生成確率は、陰極向けストリーマのそれより低いため、発生する気流35の速さは、電極21に正電圧を印加した場合に比べて小さくなる。   Next, when a negative voltage is applied to the electrode 21, the direction of the electric field is reversed from that in the above case, and therefore the cathode streamer advances a short distance from the point P to the electrode 21 in a short time. On the other hand, the streamer for anode goes to the electrode 22 across a long space from the point P to the electrode 22. Therefore, as in the case where a positive voltage is applied to the electrode 21, the average force from both streamers is directed from the electrode 21 to the electrode 22, and an air flow 35 is generated in that direction. Since the generation probability of the streamer for the anode is lower than that of the streamer for the cathode, the speed of the generated air flow 35 is smaller than that when a positive voltage is applied to the electrode 21.

ここで、電極21、22間に印加する電圧によって、電子やイオンの中性粒子に与えられる力Fが変化し、それによって発生する気流35の速さも変化する。すなわち、電極21、22間に印加する電圧を調整することによって、発生する気流35の速さを調整することができる。なお、電圧の調整方法については、従来から公知である、例えば、電圧波高値、電圧周波数、電圧波形、デューティ比等を調整する方法が適用できる。気流発生装置の構造や気流制御の対象によって最適な電圧の調整方法を適宜に選択することが可能である。   Here, the force F applied to the neutral particles of electrons and ions changes depending on the voltage applied between the electrodes 21 and 22, and the speed of the air flow 35 generated thereby also changes. That is, by adjusting the voltage applied between the electrodes 21 and 22, the speed of the generated air flow 35 can be adjusted. As a method for adjusting the voltage, a conventionally known method, for example, a method of adjusting a voltage peak value, a voltage frequency, a voltage waveform, a duty ratio, or the like can be applied. It is possible to appropriately select an optimum voltage adjustment method according to the structure of the airflow generation device and the target of airflow control.

次に、ストリーマの進展過程について図2を参照して説明する。   Next, the progress process of the streamer will be described with reference to FIG.

P点から開始したストリーマ30は、その先端に強い空間電荷をもち、後方に電離度の高いプラズマを引き連れた放電柱の形態をなし、その先端の空間電界によって空間を電離しながら空間を横切って進展し、誘電体表面に到達する。誘電体表面に輸送され蓄積された電荷は表面を帯電させ、局所的な電界を緩和させる。そこで、ストリーマは、電荷の蓄積されていない誘電体表面を目指してさらにP点から離れる方向に進展し、その部分の誘電体表面を帯電させる。このようにして順次誘電体表面を帯電させながらストリーマが伸びていく。しかし、後方に引き連れたプラズマは、有限の抵抗率を持っているので、ストリーマが所定の長さに達すると、その抵抗率による電圧降下によりストリーマ先端の電界が低下し、先端の空間電界による電離が停止する。この時点でストリーマの進展は停止し、進展経路に沿った誘電体表面上に帯電した表面電荷が残される。   The streamer 30 starting from the point P has a form of a discharge column having a strong space charge at the tip and a plasma with a high degree of ionization in the back, and crosses the space while ionizing the space by the space electric field at the tip. It progresses and reaches the dielectric surface. Charges that are transported and stored on the dielectric surface charge the surface and relax local electric fields. Therefore, the streamer further advances away from the point P toward the dielectric surface where no charge is accumulated, and charges the dielectric surface of that portion. In this way, the streamer grows while sequentially charging the dielectric surface. However, since the plasma that has been pulled backward has a finite resistivity, when the streamer reaches a predetermined length, the electric field at the streamer tip decreases due to a voltage drop due to the resistivity, and ionization due to the spatial electric field at the tip. Stops. At this point, the streamer stops growing, leaving a charged surface charge on the dielectric surface along the propagation path.

上記したように大気圧下における誘電体バリア放電において、電極21、22間に直流電圧を印加すると、ストリーマ放電の進展とともに誘電体表面に電荷が蓄積して電極21、22間の電界が緩和され、最終的には電界が空間の電離を維持できなくなり、放電が停止する。この放電の停止を防止するためには、誘電体表面に蓄電された電荷を除去することが必要であり、そのためには、電極21、22間に、パルス状の正負の両極性電圧である交番電圧や交流電圧を印加することが好ましい。このように電極21、22間に交番電圧または交流電圧を印加することで、持続的に誘電体バリア放電を行うことが可能となる。   As described above, when a DC voltage is applied between the electrodes 21 and 22 in the dielectric barrier discharge under atmospheric pressure, electric charges accumulate on the dielectric surface as the streamer discharge progresses, and the electric field between the electrodes 21 and 22 is relaxed. Eventually, the electric field cannot maintain the ionization of the space, and the discharge stops. In order to prevent the discharge from being stopped, it is necessary to remove the electric charge stored on the dielectric surface. For this purpose, there is an alternating alternating current that is a pulsed positive / negative bipolar voltage between the electrodes 21 and 22. It is preferable to apply a voltage or an alternating voltage. Thus, by applying an alternating voltage or an alternating voltage between the electrodes 21 and 22, it becomes possible to perform a dielectric barrier discharge continuously.

ストリーマ放電の開始から誘電体表面の電荷蓄積による放電停止までの間に1本のストリーマによって輸送される電荷量は、そのストリーマ放電に関与する誘電体の静電容量に比例する。静電容量が大きい場合、1回の放電において大量の電荷が輸送されることになるが、電荷量が多過ぎるとそれによる電流によって気体が加熱される。気体が加熱されると、放電入力のうちで熱エネルギに移行する割合が増加して、放電入力を有効に運動エネルギに移行させることができなくなる。すなわち、静電容量が大きくなると、運動エネルギに移行するエネルギ変換効率が悪化する。静電容量は、誘電体の比誘電率εと厚さtを用いたε/tに比例する値であるので、ε/tが大きくなると、運動エネルギに移行するエネルギ変換効率が悪化することになる。そこで、ε/tは、運動エネルギに移行するエネルギ変換効率が顕著に上昇する20以下であることが好ましい。   The amount of charge transported by one streamer from the start of streamer discharge to the stop of discharge due to charge accumulation on the dielectric surface is proportional to the capacitance of the dielectric involved in the streamer discharge. When the capacitance is large, a large amount of charge is transported in one discharge. However, when the amount of charge is too large, the gas is heated by the current caused by the large amount of charge. When the gas is heated, the proportion of the discharge input that shifts to thermal energy increases, and the discharge input cannot be effectively transferred to kinetic energy. That is, as the capacitance increases, the energy conversion efficiency for shifting to kinetic energy deteriorates. Since the capacitance is a value proportional to ε / t using the relative permittivity ε and thickness t of the dielectric, the energy conversion efficiency that shifts to kinetic energy deteriorates as ε / t increases. Become. Therefore, it is preferable that ε / t is 20 or less at which the energy conversion efficiency for transitioning to kinetic energy increases remarkably.

また、ストリーマがP点から離れる方向に進展している過程で電極22の端部に到達すると、そこから先は外部電界が急速に低下するので放電を維持できなくなりストリーマは停止する。そこで、電極22の幅は、ストリーマが自身の抵抗率によって自己停止する距離以上に十分長いことが好ましい。電極22の幅は、少なくともその電圧、圧力、温度での気体の平行平板における絶縁破壊距離の3倍以上であることが好ましい。   Further, when the streamer reaches the end of the electrode 22 in the process of moving away from the point P, the external electric field rapidly decreases thereafter, so that the discharge cannot be maintained and the streamer stops. Therefore, the width of the electrode 22 is preferably sufficiently longer than the distance at which the streamer self-stops due to its resistivity. The width of the electrode 22 is preferably at least three times the dielectric breakdown distance of the gas parallel plate at least at the voltage, pressure, and temperature.

また、ストリーマ進展開始のP点における電界強度は、電極21の径が小さいほど高くなり、より低い電圧で放電を発生させることができる。電極21の径が大きくなると電界強度は弱まり、エネルギ変換効率が低下することになる。そこで、電極21を棒で構成した場合の径L1または、電極21を平板で構成した場合の平板の幅(気流が発生する方向の長さ)L1と、誘電体の厚さtとの比L1/tは、エネルギ変換効率が顕著に上昇する2以下であることが好ましい。ただし、これまでの実験でL1/tが20以下であれば十分な風速が観測されているので、L1/tが20以下であれば本発明に記載する様々な用途に適用することは可能である。   In addition, the electric field strength at the point P where streamer progress starts increases as the diameter of the electrode 21 decreases, and discharge can be generated at a lower voltage. When the diameter of the electrode 21 is increased, the electric field strength is weakened and the energy conversion efficiency is lowered. Therefore, the ratio L1 between the diameter L1 when the electrode 21 is formed of a rod or the width L1 of the flat plate when the electrode 21 is formed of a flat plate (the length in the direction in which airflow is generated) L1 and the thickness t of the dielectric. / T is preferably 2 or less at which the energy conversion efficiency increases remarkably. However, if L1 / t is 20 or less in the experiments so far, a sufficient wind speed is observed. Therefore, if L1 / t is 20 or less, it can be applied to various applications described in the present invention. is there.

ここで、電極21および電極22がそれぞれ面対称な形状で構成され、かつ対称面、すなわちそれぞれの電極から等しい距離に位置する面に誘電体20が配設され、電極21、22間に交番電圧が印加された場合、電極21に正電圧が印加されたときに誘起される気流の速さと、電極22に負電圧が印加されたときに誘起される気流の速さが同じになる。このため、向きが逆で同じ速さの気流が交互に誘起され、電圧の周期と同周期で振動する気流が生じる。そこで、一方向の気流を発生させる場合には、電極21および電極22がそれぞれ面対称な形状で構成されるときには、対称面に誘電体20が位置しないように誘電体20を配置すること、すなわち対称面からどちらか一方の電極側に誘電体20をずらして配置することが好ましい。   Here, the electrode 21 and the electrode 22 are each configured to have a plane-symmetric shape, and the dielectric 20 is disposed on a plane of symmetry, that is, a plane located at an equal distance from each electrode, and an alternating voltage is applied between the electrodes 21 and 22. Is applied, the speed of the airflow induced when a positive voltage is applied to the electrode 21 is the same as the speed of the airflow induced when a negative voltage is applied to the electrode 22. For this reason, airflows having opposite directions and the same speed are alternately induced to generate airflows that vibrate at the same period as the voltage period. Therefore, in the case of generating an airflow in one direction, when the electrode 21 and the electrode 22 are configured in plane symmetry, the dielectric 20 is disposed so that the dielectric 20 is not positioned on the plane of symmetry, that is, It is preferable to dispose the dielectric 20 so as to be shifted from the symmetry plane to either one of the electrodes.

一方、電極21および電極22がそれぞれ非対称な形状で構成、すなわち電極21および電極22がそれぞれ面対称な形状ではない構成され、電極21、22間に交番電圧が印加された場合、電極21に正電圧が印加されたときと、電極21に負電圧が印加されたときとでは、向きは同じで速さが異なる気流が誘起される。この気流を時間平均すると一定方向の気流が得られる。特に、図1に示すように、電極22に対向する電極21の電極面積を、電極22の面積に比べて小さくした場合、上述したように電極21から電極22に向かう向きに気流が発生する。   On the other hand, when the electrode 21 and the electrode 22 are configured to be asymmetrical, that is, the electrode 21 and the electrode 22 are not configured to be plane-symmetric, and an alternating voltage is applied between the electrodes 21 and 22, When a voltage is applied and when a negative voltage is applied to the electrode 21, airflows having the same direction and different speeds are induced. When this airflow is time-averaged, an airflow in a certain direction is obtained. In particular, as shown in FIG. 1, when the electrode area of the electrode 21 facing the electrode 22 is made smaller than the area of the electrode 22, an air flow is generated in the direction from the electrode 21 toward the electrode 22 as described above.

上記したように、第1の実施の形態の気流発生装置10によれば、誘電体20を介して対向配置された一対の電極21、22間に電圧を印加し、誘電体バリア放電を生じさせることで、所定の方向に気流を発生させることができる。また、一定方向に気流を発生させたい場合であって、電極21および電極22がそれぞれ面対称な形状で構成されるときには、対称面に誘電体20が位置しないように誘電体20を配置するか、または電極21および電極22をそれぞれ非対象な形状で構成することが有効である。また、電極21、22間に印加する電圧によって、発生する気流35の速さを調整することができる。   As described above, according to the airflow generation device 10 of the first embodiment, a voltage is applied between the pair of electrodes 21 and 22 that are arranged to face each other via the dielectric 20 to generate a dielectric barrier discharge. As a result, an air flow can be generated in a predetermined direction. Also, when it is desired to generate an air flow in a certain direction, and the electrode 21 and the electrode 22 are each configured to have a plane symmetrical shape, is the dielectric 20 disposed so that the dielectric 20 is not located on the plane of symmetry? Alternatively, it is effective to configure the electrode 21 and the electrode 22 in non-target shapes. Further, the speed of the generated air flow 35 can be adjusted by the voltage applied between the electrodes 21 and 22.

(第2の実施の形態)
図3は、第2の実施の形態の気流発生装置40を模式的に示した斜視図である。また、図4は、図3のA−A断面図である。なお、第1の実施の形態の気流発生装置10と同一の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the airflow generation device 40 of the second embodiment. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the airflow generator 10 of 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted or simplified.

図3および図4に示すように、気流発生装置40は、誘電体41の表面と同一面に露出された電極42と、この電極42と誘電体41の表面からの距離を異にし、かつ誘電体41の表面と水平な方向にずらして離間され、誘電体41内に埋設された電極43と、ケーブル23を介して電極42、43間に電圧を印加する放電用電源24とから主に構成されている。   As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the airflow generation device 40 is different from the electrode 42 exposed on the same plane as the surface of the dielectric 41, the distance from the surface of the electrode 42 and the dielectric 41, and It is mainly composed of an electrode 43 that is spaced apart from the surface of the body 41 in the horizontal direction and embedded in the dielectric 41, and a discharge power source 24 that applies a voltage between the electrodes 42 and 43 via the cable 23. Has been.

電極42は、板状の平板電極からなり、誘電体41内に固着され、一面が誘電体41の表面と同一面に露出されている。また、電極42が露出する誘電体41の表面は、平面で構成されることが好ましい。また、電極42は、誘電体41の表面に露出されずに、誘電体41内に埋没されてもよい。また、電極42は、誘電体41の表面から突出させて設けられてもよい。さらに、電極42は、誘電体41の表面に固着されてもよい。なお、誘電体41の平面上を流体が流れるときには、その流体の流れを乱さないために、電極42は、誘電体41の表面と同一面に露出されるか、誘電体41内に埋設されることが好ましい。また、電極42の形状は、板状に限らず、例えば、断面が円、矩形などの棒状などであってもよい。   The electrode 42 is formed of a plate-like flat electrode, is fixed in the dielectric 41, and one surface is exposed on the same surface as the surface of the dielectric 41. In addition, the surface of the dielectric 41 from which the electrode 42 is exposed is preferably configured as a flat surface. Further, the electrode 42 may be buried in the dielectric 41 without being exposed to the surface of the dielectric 41. The electrode 42 may be provided so as to protrude from the surface of the dielectric 41. Further, the electrode 42 may be fixed to the surface of the dielectric 41. When the fluid flows on the plane of the dielectric 41, the electrode 42 is exposed on the same plane as the surface of the dielectric 41 or embedded in the dielectric 41 so as not to disturb the flow of the fluid. It is preferable. The shape of the electrode 42 is not limited to a plate shape, and may be, for example, a bar shape such as a circle or a rectangle in cross section.

電極43は、板状の平板電極からなり、図4に示すように、電極42と誘電体41の表面からの距離を異にして、かつ誘電体41の表面側から見たときに電極42と重ならないように、すなわち、気流を流す誘電体41の表面と水平な方向に電極42とはずらして、電極42と対向配置されている。なお、電極42、43は、両電極間に印加される電圧の範囲で、絶縁破壊を生じない程度に離隔されている。また、電極43の形状は、板状の限らず、例えば、断面が円、矩形などの棒状などであってもよい。また、電極42と同じ形状であってもよい。なお、電極42、43および誘電体41を構成する材料は、第1の実施の形態の場合と同じである。   The electrode 43 is formed of a plate-like flat electrode. As shown in FIG. 4, the electrode 42 differs from the surface of the dielectric 41 when the distance from the surface of the dielectric 41 is different from that of the electrode 42. The electrodes 42 are arranged opposite to the electrodes 42 so as not to overlap each other, that is, offset from the electrodes 42 in a direction horizontal to the surface of the dielectric 41 through which the airflow flows. Note that the electrodes 42 and 43 are separated to such an extent that dielectric breakdown does not occur in the range of the voltage applied between the electrodes. Further, the shape of the electrode 43 is not limited to a plate shape, and may be, for example, a bar shape such as a circle or a rectangle in cross section. Moreover, the same shape as the electrode 42 may be sufficient. In addition, the material which comprises the electrodes 42 and 43 and the dielectric material 41 is the same as the case of 1st Embodiment.

ここで、誘電体41をブロックで構成し、上記した電極構成を備える気流発生ユニットとしてもよい。気流発生ユニット構造にすることで、この気流発生ユニットを、例えば、気流を発生させたい部位に埋め込むなどして使用することができ、取り扱いが容易であり、使用用途の幅を広げることができる。   Here, it is good also as an airflow generation unit which comprises the dielectric material 41 by a block and is provided with the above-mentioned electrode structure. By adopting the air flow generation unit structure, this air flow generation unit can be used, for example, by embedding it in a site where an air flow is desired to be generated, handling is easy, and the range of usage can be expanded.

次に気流発生装置40の作用について説明する。   Next, the operation of the airflow generation device 40 will be described.

放電用電源24から電極42、43間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、電極42、43間に誘電体バリア放電を生じる。ここで、電界の方向は、誘電体41の表面に沿っているため、発生する気流45は、誘電体41の表面に沿った方向で、電極42から電極43に向かう方向に流れる。   When a voltage is applied between the electrodes 42 and 43 from the discharge power supply 24 and a potential difference equals or exceeds a certain threshold value, a dielectric barrier discharge is generated between the electrodes 42 and 43. Here, since the direction of the electric field is along the surface of the dielectric 41, the generated air flow 45 flows in a direction along the surface of the dielectric 41 in the direction from the electrode 42 to the electrode 43.

上記したように、第2の実施の形態の気流発生装置40によれば、誘電体41の表面に沿った所定の方向に気流を発生させることができる。また、電極42、43を誘電体41と一体化することで、電極42、43の剛性を高めることができ、様々な応用に耐え得る強度を有する電極を構成することができる。   As described above, according to the airflow generation device 40 of the second embodiment, an airflow can be generated in a predetermined direction along the surface of the dielectric 41. Further, by integrating the electrodes 42 and 43 with the dielectric 41, the rigidity of the electrodes 42 and 43 can be increased, and an electrode having a strength that can withstand various applications can be configured.

次に、上記した第2の実施の形態の気流発生装置40を用いた応用例を以下に示す。ここでは、気流発生装置40を、翼、移動体、熱交換装置、マイクロマシン、ガス処理装置に用いた場合の一例を示す。なお、本発明の気流発生装置の使用用途は、これらに限られるものではない。また、気流発生装置40の代わりに、それをユニット化した気流発生ユニットを備えてもよい。   Next, an application example using the airflow generation device 40 of the above-described second embodiment will be described below. Here, an example in which the airflow generation device 40 is used for a blade, a moving body, a heat exchange device, a micromachine, and a gas processing device is shown. In addition, the use application of the airflow generator of this invention is not restricted to these. Moreover, you may provide the air flow generation unit which united it instead of the air flow generation device 40. FIG.

ここで、例えば翼などの表面の流れに影響を与えるために用いることが可能な装置として、上記した本発明の気流発生装置の他にも、ピエゾ素子等の圧電素子等や音波発生装置によって構成された機械的振動装置、ニクロム線等による発熱装置や冷却装置等による熱的振動装置、表面にあけた微細孔からの空気の噴出または吸込みや音波の放出や吸収を行なう装置などが挙げられる。しかしながら、機械的駆動部を持つ機構は、劣化や故障の問題が避けられない、熱的振動発生装置は、駆動の時定数が遅いため気流の変動に追随できない、細孔から噴出または吸込み等を行なう装置は、構造物内部に空洞や流路を形成する必要があり構造が複雑になる等の問題があり、いずれも本発明の放電を利用した気流発生装置に比べて実用性に欠ける。   Here, as an apparatus that can be used to influence the flow of the surface of a blade, for example, in addition to the above-described airflow generator of the present invention, a piezoelectric element such as a piezo element or the like, or a sound wave generator is used. And a mechanical vibration device, a heating device using a nichrome wire, a thermal vibration device using a cooling device, and the like, a device for ejecting or sucking air from a fine hole formed in the surface, and emitting or absorbing sound waves. However, the mechanism with a mechanical drive unit cannot avoid the problem of deterioration or failure, and the thermal vibration generator has a slow drive time constant, so it cannot follow the fluctuation of the air current, and it can eject or suck from the pores. The apparatus to be performed has a problem that the structure is complicated because it is necessary to form cavities and flow paths inside the structure, and all of them lack practicality compared to the airflow generation apparatus using the discharge of the present invention.

(翼50への応用)
ここでは、気流発生装置40を翼50の空気力学的特性を制御する手段として用いた場合の一例を示す。図5は、翼上面側に気流発生装置40を備えた翼50を模式的に示した斜視図である。また、図6A〜図6Cは、翼上面の気流の流れを説明するために、翼50の断面を模式的に示した図である。なお、翼には、例えば、風車の翼、飛行機の翼やプロペラ、タービン翼、送風機の翼などが含まれる。
(Application to wing 50)
Here, an example in which the airflow generation device 40 is used as a means for controlling the aerodynamic characteristics of the blade 50 will be described. FIG. 5 is a perspective view schematically showing a blade 50 provided with an airflow generation device 40 on the blade upper surface side. 6A to 6C are diagrams schematically showing a cross section of the blade 50 in order to explain the flow of the airflow on the blade upper surface. The wings include, for example, windmill wings, airplane wings and propellers, turbine wings, blower wings, and the like.

図5に示すように、気流発生装置40は、電極42の表面、すなわち気流発生装置40の表面が翼上面と同一面になるように、翼50に固着されている。このように気流発生装置40を配設することで、翼50の表面に誘電体バリア放電を生じさせ、気流51を発生させることができる。ここで、気流発生装置40は、翼50の翼上面を流れる流体(空気)と平行にかつ同方向に気流51を発生させるように配設されている。また、気流発生装置40は、その表面が翼上面と同一面になるように配設されているので、気流発生装置40本体によって翼上面を流れる流体が乱されることはない。   As shown in FIG. 5, the airflow generation device 40 is fixed to the blade 50 so that the surface of the electrode 42, that is, the surface of the airflow generation device 40 is flush with the upper surface of the blade. By disposing the airflow generation device 40 in this way, a dielectric barrier discharge can be generated on the surface of the blade 50 and the airflow 51 can be generated. Here, the airflow generation device 40 is disposed so as to generate an airflow 51 in parallel and in the same direction as the fluid (air) flowing on the upper surface of the blade 50. Moreover, since the airflow generation device 40 is arranged so that the surface thereof is flush with the blade upper surface, the fluid flowing on the blade upper surface is not disturbed by the airflow generation device 40 main body.

図6に示すように、翼50においては、翼50が空気の流れに対して所定の迎え角を持つとき、翼上面の流速が増大し、ベルヌーイの定理によって静圧が下がり、翼上面は吸い上げられる。また、翼下面の流速は低下し、静圧が増大して、翼下面は押し上げられる。そのため翼50は、流れに直角方向に対して揚力Lを受けることになる。この揚力Lは、次の式(2)で示される。
L=1/2・ρ・V・C・S …式(2)
As shown in FIG. 6, in the blade 50, when the blade 50 has a predetermined angle of attack with respect to the air flow, the flow velocity on the blade upper surface increases, the static pressure decreases by Bernoulli's theorem, and the blade upper surface sucks up. It is done. Further, the flow velocity on the blade lower surface decreases, the static pressure increases, and the blade lower surface is pushed up. Therefore, the blade 50 receives the lift L with respect to the direction perpendicular to the flow. This lift L is expressed by the following equation (2).
L = 1/2 · ρ · V · C L · S Equation (2)

ここで、ρは気体の密度、Vは気体の流速、Sは翼面積、Cは揚力係数である。Cは、迎え角αに比例して増大していくが、所定の迎え角を超えると翼上面で気流が剥離するので(図6B参照)、それ以上迎え角を増大させるとCは減少する。この気流の剥離を抑制することができれば、Cの低下を抑えながら高揚力が得られるため、高効率な翼が実現可能となる。 Here, ρ is the gas density, V is the gas flow velocity, S is the blade area, and CL is the lift coefficient. C L is gradually increased in proportion to the angle of attack alpha, since the air flow in the wing upper surface exceeds a predetermined angle of attack is peeled (see FIG. 6B), the decrease C L Increasing the more attack To do. If it is possible to suppress the peeling of the air flow, because the high-lift can be obtained while suppressing the lowering of C L, high efficiency blade can be realized.

そこで、図5に示すように、気流発生装置40を電極42の表面が翼上面と同一面になるように翼50に設けて駆動させると、翼上面を流れる流体(空気)の境界層付近に高速の気流51を発生させることができる。これにより、境界層の速度分布を変化させ、流体(空気)の剥離を抑制することが可能となり、揚力係数を増大することができる。   Therefore, as shown in FIG. 5, when the airflow generating device 40 is driven by being provided on the blade 50 so that the surface of the electrode 42 is flush with the blade upper surface, the fluid (air) flowing on the blade upper surface is near the boundary layer. A high-speed air flow 51 can be generated. Thereby, it becomes possible to change the velocity distribution of the boundary layer, to suppress the separation of the fluid (air), and to increase the lift coefficient.

このように気流発生装置40によって境界層に気流を発生させ、例えば、翼上面と気流との境界層の流れの構造を変化させることで、翼50の構造を変えることなく、翼上面における揚力係数や抗力係数などの空気力学的特性を制御することができる。また、気流発生装置40の電極42、43間に印加する電圧を制御することで、発生する気流の速さを任意に制御することができる。これによって、流体(空気)の流れの状態に追随して、リアルタイムで空気力学的特性の制御をすることが可能となり、革新的な空気力学的特性制御技術が実現可能となる。   In this way, an air flow is generated in the boundary layer by the air flow generation device 40, and for example, by changing the flow structure of the boundary layer between the blade upper surface and the air flow, the lift coefficient on the blade upper surface is not changed without changing the structure of the blade 50. And aerodynamic characteristics such as drag coefficient can be controlled. Moreover, by controlling the voltage applied between the electrodes 42 and 43 of the airflow generation device 40, the speed of the generated airflow can be arbitrarily controlled. As a result, it is possible to control the aerodynamic characteristics in real time following the flow state of the fluid (air), and it is possible to realize an innovative aerodynamic characteristic control technique.

なお、物体表面に微細な突起を設けて層流から乱流に遷移させることで、剥離を抑制するリブレット等の技術も開発されているが、表面に突起を設けることは抵抗の増加に繋がり、さらに固定式の突起のため能動制御が不可能であるなどの欠点がある。これに対して、上記した気流発生装置40を用いて翼上の流れを制御する場合には、上記したリブレット等の問題点を解決するとともに、表面の流れに擾乱を与えることで層流から乱流に遷移させる乱流遷移機能を発揮させることができる。これによって、翼等の形状を変えずに電気的制御のみで自由度の高い流れの制御が可能となる。   In addition, technology such as riblets that suppress separation by providing fine protrusions on the object surface and transitioning from laminar flow to turbulent flow has been developed, but providing protrusions on the surface leads to an increase in resistance, Furthermore, there is a drawback that active control is impossible because of a fixed projection. On the other hand, when the flow on the blade is controlled by using the airflow generation device 40 described above, the problems such as the above-described riblets are solved, and the turbulence is generated from the laminar flow by giving a disturbance to the surface flow. A turbulent transition function for transitioning to a flow can be exhibited. As a result, it is possible to control the flow with a high degree of freedom only by electrical control without changing the shape of the blade or the like.

また、例えば翼の表面における流れの剥離は、表面上でランダムに発生する微小渦を起点に、渦が成長して大規模な剥離に至ることが知られている。そこで、翼の表面に、それぞれを独立に制御可能な複数の気流発生装置40を配置し、同様に表面上に複数配置された表面圧力センサ、速度センサ、渦度センサ等のセンサや、表面に塗った感圧力塗料からの蛍光を遠隔カメラで撮影し、撮影された画像に基づいて感知する方法などにより、局所的にランダムに発生する渦を検知して、その近傍の気流発生装置40を作動させ、気流を発生させてもよい。これによって、微小渦の成長を阻害し、大規模な剥離が発生するのを防止することができる。この場合、複数の気流発生装置は、それぞれ個々に制御されてもよいし、ある一定の表面領域に位置する気流発生装置を群として、群ごとに制御されてもよい。これらの制御方式は、表面に存在する流れの組織構造のスケールに応じて任意に設定され、電気的制御によって気流を発生できる本発明の気流発生装置においては、容易に上記制御を行なうことができる。なお、渦を検知する方法は、具体的にセンサ等を用いて計測された情報に基づいて判定する他にも、例えば予めデータベース等に作動条件などに基づいて記憶された情報を用いて判定してもよい。   In addition, for example, it is known that the flow separation on the surface of the blades causes a large-scale separation by the growth of a vortex starting from a micro vortex randomly generated on the surface. Therefore, a plurality of airflow generating devices 40 that can be controlled independently are arranged on the surface of the blade, and similarly, a plurality of surface pressure sensors, velocity sensors, vorticity sensors, etc. arranged on the surface, Fluorescence from the applied pressure-sensitive paint is photographed with a remote camera, and vortices that are randomly generated locally are detected by a method such as sensing based on the photographed image, and the air flow generator 40 in the vicinity is activated. And an air flow may be generated. As a result, the growth of micro vortices can be inhibited and large-scale separation can be prevented from occurring. In this case, the plurality of airflow generation devices may be individually controlled, or may be controlled for each group by setting the airflow generation devices located in a certain surface area as a group. These control methods are arbitrarily set according to the scale of the flow structure existing on the surface, and the above-described control can be easily performed in the airflow generator of the present invention that can generate an airflow by electrical control. . Note that the method for detecting vortices is not only determined based on information measured using a sensor or the like, but also determined using information stored in advance in a database or the like based on operating conditions. May be.

また、気流発生装置40は、フラップ等の本発明に係る技術以外の流体制御装置との組み合わせて利用してもよい。例えば、時定数の長い変動に対しては、機械的駆動部を持つ流体制御装置で対応し、それより時定数の短い変動に対しては、放電による気流発生装置40で対応することで、双方の特性を有効に利用した制御を実現することができる。   Moreover, you may utilize the airflow generation apparatus 40 in combination with fluid control apparatuses other than the technique which concerns on this invention, such as a flap. For example, a fluid control device having a mechanical drive unit copes with a long time constant variation, and a short time constant variation is dealt with by an air flow generation device 40 by discharge. It is possible to realize control that effectively utilizes the characteristics of

また、上記した翼への応用の他にも、気流発生装置40は、翼により流れに偏向を与えることにより、流体のエネルギとそれ以外のエネルギとの間の転換の機能を果たす流体機器一般に適用可能である。例えば、気流発生装置40を流体機器であるターボ型流体機器に適用することが可能である。ターボ型流体機器には原動機と被動機があるが、原動機としては、ガスタービン、蒸気タービン、風車等、被動機としては、ポンプ(遠心ポンプや軸流ポンプ等)、送風機、圧縮機(遠心圧縮機や軸流圧縮機等)等の機器への応用が可能である。例えば、これらの機器の一部を構成する翼の表面の所定位置に気流発生装置40を備え、翼面における揚力係数や抗力係数などの空気力学的特性を制御することができる。   In addition to the above-described application to the wing, the airflow generation device 40 is generally applied to fluid equipment that performs a function of conversion between fluid energy and other energy by deflecting the flow by the wing. Is possible. For example, the airflow generation device 40 can be applied to a turbo fluid device that is a fluid device. Turbo-type fluid equipment includes a prime mover and a driven machine. The prime mover is a gas turbine, a steam turbine, a windmill, etc. The driven machine is a pump (such as a centrifugal pump or an axial flow pump), a blower, or a compressor (centrifugal compression). Application to equipment such as a machine and an axial flow compressor) is possible. For example, the airflow generation device 40 is provided at a predetermined position on the surface of a blade that constitutes a part of these devices, and aerodynamic characteristics such as a lift coefficient and a drag coefficient on the blade surface can be controlled.

(移動体60への応用)
ここでは、気流発生装置40を移動体60の空気力学的特性を制御する手段として用いた場合の一例を示す。なお、移動体には、航空機、ミサイル、鉄道、自動車などの気体中を移動する任意の物体が含まれる。図7は、前方側面に気流発生装置40を備えた移動体60の一部の断面を模式的に示した図である。
(Application to moving body 60)
Here, an example in which the airflow generation device 40 is used as a means for controlling the aerodynamic characteristics of the moving body 60 is shown. The moving body includes an arbitrary object that moves in a gas such as an aircraft, a missile, a railway, and an automobile. FIG. 7 is a diagram schematically showing a cross section of a part of the moving body 60 having the airflow generation device 40 on the front side surface.

図7に示すように、気流発生装置40は、電極42の表面、すなわち気流発生装置40の表面が移動体60の側面と同一面になるように、移動体60の左右の側面に固着されている。このように気流発生装置40を配設することで、移動体60の側面に誘電体バリア放電を生じさせ、気流61を発生させることができる。ここで、気流発生装置40は、移動体60の側面を流れる流体(空気)と平行にかつ同方向に気流61を発生させるように配設されている。また、気流発生装置40は、その表面が移動体60の側面と同一面になるように配設されているので、気流発生装置40本体によって移動体60の側面を流れる流体が乱されることはない。   As shown in FIG. 7, the airflow generation device 40 is fixed to the left and right side surfaces of the moving body 60 so that the surface of the electrode 42, that is, the surface of the airflow generation device 40 is flush with the side surface of the moving body 60. Yes. By disposing the airflow generation device 40 in this way, a dielectric barrier discharge can be generated on the side surface of the moving body 60 and the airflow 61 can be generated. Here, the airflow generation device 40 is disposed so as to generate the airflow 61 in parallel and in the same direction as the fluid (air) flowing through the side surface of the moving body 60. Moreover, since the airflow generation device 40 is disposed so that the surface thereof is flush with the side surface of the moving body 60, the fluid flowing on the side surface of the moving body 60 is disturbed by the airflow generation device 40 main body. Absent.

気体中を推進する移動体60の表面には、気体との摩擦による抗力が生じる。移動体60の側面の一部で流れが剥離するなどして抗力に不均衡が生じると、進行方向に対して横方向(左右方向)の安定性を損なう。そこで、図7に示すように、移動体60の側面に気流発生装置40を設けて駆動させると、移動体60の側面を流れる気体の境界層付近に高速の気流61を発生させることができる。これにより、境界層の速度分布を変化させ、気体の剥離を抑制することが可能となり、抗力係数を変化させることができる。この作用により、移動体60の進行方向に対して左右の抗力差を減じるように、気流発生装置40によって気流を発生させることで、移動体60の横方向の安定性を維持することができる。また、気流発生装置40によって移動体60の進行方向に対して左右の抗力差を制御することで、移動体60の進路を変更することも可能となる。   Drag due to friction with the gas is generated on the surface of the moving body 60 propelled in the gas. If the flow is separated at a part of the side surface of the moving body 60 to cause an imbalance in the drag, stability in the lateral direction (left-right direction) with respect to the traveling direction is impaired. Therefore, as shown in FIG. 7, when the airflow generation device 40 is provided on the side surface of the moving body 60 and driven, a high-speed airflow 61 can be generated near the boundary layer of the gas flowing on the side surface of the moving body 60. Thereby, the velocity distribution of the boundary layer can be changed, gas separation can be suppressed, and the drag coefficient can be changed. Due to this action, the lateral stability of the moving body 60 can be maintained by generating the air flow with the air flow generating device 40 so as to reduce the left and right drag difference with respect to the traveling direction of the moving body 60. In addition, the path of the moving body 60 can be changed by controlling the drag difference between the left and right with respect to the traveling direction of the moving body 60 by the airflow generation device 40.

このように気流発生装置40によって境界層に気流を発生させ、例えば、移動体60の側面と気流との境界層の流れの構造を変化させることで、移動体60の構造を変えることなく、移動体60における抗力係数などの空気力学的特性を制御することができる。また、気流発生装置40の電極42、43間に印加する電圧を制御することで、発生する気流の速さを任意に制御することができる。これによって、流体(空気)の流れの状態に追随して、リアルタイムで空気力学的特性の制御をすることが可能となり、革新的な空気力学的特性制御技術が実現可能となる。   In this way, the airflow is generated in the boundary layer by the airflow generation device 40, and the movement of the boundary layer between the side surface of the moving body 60 and the airflow is changed without changing the structure of the moving body 60, for example. Aerodynamic characteristics such as drag coefficient in the body 60 can be controlled. Moreover, by controlling the voltage applied between the electrodes 42 and 43 of the airflow generation device 40, the speed of the generated airflow can be arbitrarily controlled. As a result, it is possible to control the aerodynamic characteristics in real time following the flow state of the fluid (air), and it is possible to realize an innovative aerodynamic characteristic control technique.

ここで、移動体60として、高速航空機、短距離離着陸機を一例とし、本発明に係る気流発生装置40が、気流制御装置として機能する一例を説明する。   Here, a high-speed aircraft and a short-range take-off and landing aircraft will be taken as an example of the moving body 60, and an example in which the airflow generation device 40 according to the present invention functions as an airflow control device will be described.

(1)高速航空機への応用(剥離抑制、摩擦低減機能の利用)
例えば、遷音速域を飛行する航空機においては、空気が圧縮性を有する気体となり、航空機の表面の様々な位置で衝撃波が発生する。このため、航空機の安定性や操縦性に様々な障害が生じる。
(1) Application to high-speed aircraft (use of peeling suppression and friction reduction functions)
For example, in an aircraft flying in a transonic region, air becomes a compressible gas, and shock waves are generated at various positions on the surface of the aircraft. For this reason, various obstacles occur in the stability and maneuverability of the aircraft.

そこで、航空機の表面の様々な位置、特に、衝撃波が発生し易い部分に、本発明に係る気流発生装置40を備え、さらに、各気流発生装置40に対応して衝撃波が発生したことを検知する表面圧力センサ等の検知装置を備える。そして、衝撃波の発生が検知された部分に対応する気流発生装置40を作動させることで、衝撃波の発生を抑えたり、衝撃波の伝播方向を変えたりすることができる。このように、衝撃波による不安定な気流の変動に応じて、空気力学的特性を即座に制御することができるので、安定した飛行が可能になる。   Therefore, the airflow generation device 40 according to the present invention is provided at various positions on the surface of the aircraft, in particular, the portion where the shockwave is likely to be generated, and further, it is detected that the shockwave is generated corresponding to each airflow generation device 40. A detection device such as a surface pressure sensor is provided. Then, by operating the airflow generation device 40 corresponding to the portion where the generation of the shock wave is detected, the generation of the shock wave can be suppressed or the propagation direction of the shock wave can be changed. In this way, the aerodynamic characteristics can be immediately controlled in accordance with fluctuations in the unstable airflow caused by the shock wave, so that stable flight is possible.

また、超音速、極超音速の移動体においては、飛行速度の増加とともに空気との摩擦による熱の障害が次第に大きくなり、特に機械的に稼動する稼動部を有する気流制御装置は、その稼動部の潤滑性や断熱性に問題が生じて利用不可能となる。航空機の抵抗は、形状抵抗(圧力抵抗)、誘導抵抗、造波抵抗、摩擦抵抗に分けられるが、それらの中でも摩擦抵抗がほぼ半分の割合を占めている。この摩擦抵抗を低減することは、上記した摩擦による熱の発生を抑制し、さらに航空機の燃料消費率を向上させることに繋がる。   Also, in supersonic and hypersonic moving bodies, as the flight speed increases, heat damage due to friction with air gradually increases, and in particular, an airflow control device having an operating part that operates mechanically has its operating part. Problems arise in the lubricity and heat insulation properties of the product, making it unusable. Aircraft resistance can be divided into shape resistance (pressure resistance), induction resistance, wave resistance, and friction resistance. Of these, friction resistance accounts for almost half of the resistance. Reducing the frictional resistance suppresses the generation of heat due to the friction described above, and further improves the fuel consumption rate of the aircraft.

このような熱の障害、すなわち高温となる場合でも、誘電体41をセラミックス等の耐熱材料で構成し、電極42、43をステンレスやインコネル(インコ社製)等の耐熱金属で構成することで本発明に係る気流発生装置40を適用することができる。また、気流発生装置40を作動し、翼の表面において、気流が、滑らかで摩擦抵抗の少ない層流から摩擦抵抗の大きい乱流へ遷移するのを抑制または遅らせることができるので、抵抗全体を大幅に低減することができる。さらに、上記したように、超音速機の主翼、水平尾翼、垂直尾翼などの翼の表面の所定位置に、気流発生装置40を設け、境界層に気流を発生させ、例えば、気体の剥離の抑制等により翼上面と気流との境界層の流れの構造を変化させることで、翼の構造を変えることなく、翼における揚力係数や抗力係数などの空気力学的特性を制御することができる。   Even when such a thermal obstacle, that is, when the temperature is high, the dielectric 41 is made of a heat-resistant material such as ceramics, and the electrodes 42 and 43 are made of a heat-resistant metal such as stainless steel or Inconel (manufactured by Inco). The airflow generation device 40 according to the invention can be applied. In addition, the airflow generator 40 can be operated to suppress or delay the transition of the airflow from a smooth laminar flow with a low frictional resistance to a turbulent flow with a high frictional resistance on the surface of the wing. Can be reduced. Further, as described above, the airflow generator 40 is provided at a predetermined position on the surface of the supersonic aircraft main wing, horizontal tail, vertical tail, etc. to generate air current in the boundary layer, for example, suppression of gas separation. By changing the flow structure of the boundary layer between the blade upper surface and the airflow by means of the above, aerodynamic characteristics such as lift coefficient and drag coefficient of the blade can be controlled without changing the structure of the blade.

(2)短距離離着陸機への応用(剥離抑制、摩擦低減機能の利用)
短距離離着陸機等は、プロペラまたはジェットの後流や抽気を利用する強力な高揚力装置を備えているため、これらの装置の重量が大きくなり、経済性を損なっている場合が多い。
(2) Application to short-range take-off and landing aircraft (use of peeling control and friction reduction function)
Since short-range take-off and landing aircraft and the like are equipped with powerful high lift devices that use the wake or bleed of the propeller or jet, the weight of these devices increases and the economy is often impaired.

そこで、本発明に係る気流発生装置40を翼面や機体表面の所定位置に設置する。これによって、揚力を向上させ、高揚力装置における負担を低減させ、機器を小型化することが可能になる。この気流発生装置40は、上記した短距離離着陸機(STOL機)(QTOL機を含む)以外にも、垂直離着陸機(VTOL機)、通常離着陸機(CTOL機)などの航空機の翼面や機体表面の所定位置に設置してもよい。   Therefore, the airflow generation device 40 according to the present invention is installed at a predetermined position on the blade surface or the body surface. As a result, it is possible to improve the lift, reduce the burden on the high lift device, and reduce the size of the device. In addition to the short-range take-off and landing aircraft (STOL aircraft) (including QTOL aircraft) described above, the airflow generator 40 is used for aircraft wings and aircraft such as vertical take-off and landing aircraft (VTOL aircraft) and normal take-off and landing aircraft (CPOL aircraft). You may install in the predetermined position of the surface.

これによって、離陸着陸時に大きな揚力を要する短距離離着陸機等の揚力向上を図ることができる。また、上記したように、航空機の主翼、水平尾翼、垂直尾翼などの翼の表面の所定位置に、気流発生装置40を設け、境界層に気流を発生させ、例えば、気体の剥離の抑制等により翼上面と気流との境界層の流れの構造を変化させることで、翼の構造を変えることなく、翼における揚力係数や抗力係数などの空気力学的特性を制御することができる。   As a result, it is possible to improve the lift of a short-range take-off and landing aircraft that requires a large lift during take-off and landing. In addition, as described above, the airflow generation device 40 is provided at a predetermined position on the surface of the wing of the aircraft main wing, horizontal tail wing, vertical tail wing, etc. to generate an air flow in the boundary layer, for example, by suppressing gas separation. By changing the flow structure of the boundary layer between the blade upper surface and the airflow, aerodynamic characteristics such as lift coefficient and drag coefficient of the blade can be controlled without changing the structure of the blade.

上記した気流発生装置40では、表面の流れを制御することを特徴とし、上記した移動体以外にも、表面の流れから影響を受ける様々な機器に適用が可能である。   The airflow generation device 40 described above is characterized by controlling the surface flow, and can be applied to various devices that are affected by the surface flow other than the moving body described above.

例えば、流体機器の中でもモータやシリンダ等の原動機、ポンプや圧縮機等の被動機を含む容積型流体機器において、容積内部の気流の流動や循環を制御したり、渦の発生する部位での流れの整流等の用途に利用することができる。   For example, in a fluid displacement device that includes a prime mover such as a motor or a cylinder, or a driven device such as a pump or a compressor, it controls the flow or circulation of the air flow inside the volume, or flows in a part where a vortex is generated. It can be used for applications such as rectification.

ここでは、エンジンのシリンダ内の流れ制御を例として具体的に説明する。内燃機関であるエンジンの性能を向上させるために、シリンダ内へ送り込む混合気の気流の最適化が必要である。気流性状は、吸気管やバルブの形状等により左右され、燃焼効率や圧力損失に影響を与える。   Here, the flow control in the cylinder of the engine will be specifically described as an example. In order to improve the performance of the engine which is an internal combustion engine, it is necessary to optimize the airflow of the air-fuel mixture fed into the cylinder. The airflow properties are influenced by the shape of the intake pipe and valve, and affect the combustion efficiency and pressure loss.

例えば、吸気管からシリンダ内部へ流入する場所には管径が急に拡大する部分があり、その部分における渦の生成は圧力損失を増加させ、効率を低下させる。また、混合気がシリンダ表面に偏って流れると、シリンダ中央部での燃焼効率が低下するため、シリンダ内部では、均一に混合される流れを生成することが好ましい。そこで、本発明の気流発生装置をを、シリンダの急拡大部分に設置して渦の生成を抑制したり、シリンダ内壁面に設置して壁面付近の変流をかく乱させるように気流を生成したりすることで、燃焼効率や圧力損失を最適に制御することができる。特に、シリンダ内部のように時々刻々と変化する複雑な流れに対する気流制御には、電気的因子のみで流れを制御できる本発明の気流発生装置が優れている。   For example, there is a portion where the diameter of the tube suddenly expands at a location where the air flows into the cylinder from the intake pipe, and the generation of vortex in that portion increases the pressure loss and decreases the efficiency. In addition, if the air-fuel mixture flows biased toward the cylinder surface, the combustion efficiency at the center of the cylinder decreases, and therefore it is preferable to generate a flow that is uniformly mixed inside the cylinder. Therefore, the airflow generator of the present invention is installed in the sudden expansion part of the cylinder to suppress the generation of vortices, or it is installed on the inner wall surface of the cylinder to generate the airflow so as to disturb the current transformation near the wall surface. By doing so, combustion efficiency and pressure loss can be optimally controlled. In particular, the airflow generation device of the present invention that can control the flow only by an electrical factor is excellent for airflow control with respect to a complicated flow that changes every moment like the inside of a cylinder.

また、気流発生装置40は、流体機器以外にも、流れの中に存在するため流れから影響を受ける機器一般に適用することができる。例えば、移動体であれば閉鎖的空間内を移動するエレベータ等の昇降機器、不動体であれば橋梁、鉄塔、ビル等の建築物に適用することができる。これらの機器や建築物において複雑に変化する走行風や自然風から受ける力学的な影響を、本気流発生装置にて緩和することができる。   Moreover, since the airflow generation device 40 is present in the flow other than the fluid device, it can be applied to general devices that are affected by the flow. For example, it can be applied to a lifting device such as an elevator that moves in a closed space if it is a moving body, and to a building such as a bridge, steel tower, or building if it is a non-moving body. The airflow generation device can mitigate the mechanical influences of traveling winds and natural winds that change in a complex manner in these devices and buildings.

ここでは、高層建築物への適用を例として具体的に説明する。高層建築物の回りには、時間も方向も全くランダムな自然風が吹いており、建築物はそれらの風から風荷重を受けている。風は、建築物の角部や突起部で剥離を起こして渦流を形成したり、外壁面に沿って流れることにより発生する摩擦力により、建物にねじれ力を作用する。このような風によって、建物の揺れ、構造体への荷重の付加、ビル風の発生、風鳴り音等の騒音が生じる。そこで、本発明の気流発生装置40を建築物の角部や突起部に設置して、角部や突起部での自然風の剥離を抑えることで、構造体への荷重を抑えることができる。また、本発明の気流発生装置を外壁表面に設置することで、建物へのねじれ力の発生を防止することができ、しかも時間的にも空間的にもランダムに発生する風に応じた流れの制御が可能となる。   Here, application to a high-rise building will be specifically described as an example. Around the high-rise buildings, there are natural winds that are totally random in time and direction, and the buildings receive wind loads from those winds. The wind acts torsional force on the building by the frictional force generated by the separation of the corners and protrusions of the building to form a vortex or the flow along the outer wall surface. Such a wind causes noise such as shaking of the building, application of a load to the structure, generation of building wind, and wind noise. Then, the airflow generator 40 of this invention is installed in the corner | angular part and protrusion part of a building, and the load to a structure can be suppressed by suppressing peeling of the natural wind in a corner | angular part or protrusion part. Moreover, by installing the airflow generation device of the present invention on the surface of the outer wall, it is possible to prevent the generation of torsional force on the building, and the flow according to the wind generated randomly in time and space. Control becomes possible.

さらに、気流発生装置40を物質輸送用の管路やダクト管の表面に設け、管路やダクト管を流れる流体の流れを制御してもよい。このように気流発生装置40を備えることで、例えば管路入口での渦の発生を抑制することが可能となる。   Furthermore, the airflow generation device 40 may be provided on the surface of a material transportation pipeline or duct tube to control the flow of fluid flowing through the pipeline or duct tube. By providing the airflow generation device 40 in this manner, for example, it is possible to suppress the generation of vortices at the inlet of the pipeline.

ここでは、管路の入口の助走区間に適用する場合を例として具体的に説明する。広い空間からノズルを通って管路に入るときの速度分布は、入口付近の速度分布はほぼ一様で、境界層は非常に薄い。この境界層は、下流へ至るに伴って厚みを増す。この助走区間においては、管壁付近の速度勾配が大きいために摩擦応力が大きくなり大きな圧力損失が生じる。そこで、この助走区間の管壁に本発明の気流発生装置40を設け、速度勾配を緩和するように気流を制御すると、管摩擦係数を低減させることができる。例えば、管壁に誘電体と電極からなる円筒状の気流発生装置40を備え、カバー部(金属)と電極との間に高周波電圧を印加する。気流発生装置から発生する気流によって、壁面付近の速度を向上させ、速度勾配を緩和することで、摩擦係数を低減することができる。   Here, the case where it applies to the run-up section of the entrance of a pipe line is demonstrated concretely as an example. As for the velocity distribution when entering the pipe through the nozzle from a wide space, the velocity distribution near the inlet is almost uniform and the boundary layer is very thin. This boundary layer increases in thickness as it goes downstream. In this run-up section, since the velocity gradient near the pipe wall is large, the frictional stress increases and a large pressure loss occurs. Therefore, if the airflow generation device 40 of the present invention is provided on the pipe wall in the run-up section and the airflow is controlled so as to reduce the velocity gradient, the pipe friction coefficient can be reduced. For example, a cylindrical airflow generator 40 made of a dielectric and an electrode is provided on the tube wall, and a high frequency voltage is applied between the cover (metal) and the electrode. The coefficient of friction can be reduced by improving the speed near the wall surface and relaxing the speed gradient by the airflow generated from the airflow generator.

また、例えば空調機器のような、外部に対して流れを生成する機器に、気流発生装置40を適用してもよい。空調機器の噴出し口などに、流路の壁面ではなく流路の中央に位置して整流作用を生み出す整流羽根等を備える空調機器がある。例えば、この整流羽根の表面の所定位置に気流発生装置40を備えることで、整流羽根の表面からの流れの剥離を防止することができ、効率的な整流効果が得られる。また、空調機器である冷房機器において、上記のような整流羽根を用いた場合、整流羽根部分でできた渦による逆流により、室内空気が整流羽根に向かって引き込まれ、低温となった部分に触れて結露する場合がある。そこで、上記したように整流羽根の表面の所定位置に本発明の気流発生装置40を備えることで、渦の発生を防止し、冷房機器の吹き出し口における結露を防ぐことができる。   Moreover, you may apply the airflow generator 40 to the apparatus which produces | generates a flow with respect to the exterior like an air conditioning apparatus, for example. There is an air conditioner equipped with a rectifying blade or the like that is located at the center of the flow path, not at the wall surface of the flow path, and that generates a rectifying action at the outlet of the air conditioner. For example, by providing the airflow generation device 40 at a predetermined position on the surface of the rectifying blade, it is possible to prevent separation of the flow from the surface of the rectifying blade, and an efficient rectifying effect is obtained. Also, in the cooling equipment that is an air conditioner, when the rectifying blades are used as described above, the room air is drawn toward the rectifying blades due to the backflow caused by the vortex formed in the rectifying blade parts, and the part that has become cold is touched. Condensation may occur. Therefore, by providing the airflow generation device 40 of the present invention at a predetermined position on the surface of the rectifying blade as described above, it is possible to prevent the generation of vortices and prevent condensation at the outlet of the cooling device.

(熱交換装置70への応用)
ここでは、気流発生装置40を熱交換装置70の伝熱特性を制御する手段として用いた場合の一例を示す。具体的には、気流発生装置40を乱流を促進させる手段として用いた一例を示す。図8は、伝熱面71に気流発生装置40を備えた熱交換装置70を模式的に示した斜視図である。
(Application to heat exchanger 70)
Here, an example in which the airflow generation device 40 is used as a means for controlling the heat transfer characteristics of the heat exchange device 70 is shown. Specifically, an example in which the airflow generation device 40 is used as a means for promoting turbulent flow is shown. FIG. 8 is a perspective view schematically showing a heat exchange device 70 provided with the airflow generation device 40 on the heat transfer surface 71.

図8に示すように、気流発生装置40は、電極42の表面、すなわち気流発生装置40の表面が熱交換装置70の伝熱面71と同一面になるように、熱交換装置70に固着されている。このように気流発生装置40を配設することで、熱交換装置70の伝熱面71に誘電体バリア放電を生じさせ、気流72を発生させることができる。ここで、気流発生装置40は、熱交換装置70の伝熱面71を流れる気体73と平行にかつ逆方向に気流72を発生させるように配設されている。なお、気流発生装置40を熱交換装置70の伝熱面71を流れる気体73と平行にかつ同方向に気流72を発生させるように配設することもできる。   As shown in FIG. 8, the airflow generation device 40 is fixed to the heat exchange device 70 so that the surface of the electrode 42, that is, the surface of the airflow generation device 40 is flush with the heat transfer surface 71 of the heat exchange device 70. ing. By disposing the airflow generation device 40 in this manner, a dielectric barrier discharge can be generated on the heat transfer surface 71 of the heat exchange device 70 and the airflow 72 can be generated. Here, the airflow generation device 40 is disposed so as to generate the airflow 72 in parallel and in the opposite direction to the gas 73 flowing through the heat transfer surface 71 of the heat exchange device 70. Note that the airflow generation device 40 may be arranged so as to generate the airflow 72 in parallel and in the same direction as the gas 73 flowing through the heat transfer surface 71 of the heat exchange device 70.

この熱交換装置70は、伝熱面71を介して、伝熱面71の外側を流れる気体73と熱交換装置70の内部に流れる冷媒74との間で熱量を交換するものである。気流発生装置40によって発生した気流72は、伝熱面71を流れる気体73の流れ方向と逆向きに流れ、気体73と衝突することで、伝熱面71付近の境界層に擾乱が生じ、熱伝達を促進することができる。   The heat exchange device 70 exchanges heat quantity between the gas 73 flowing outside the heat transfer surface 71 and the refrigerant 74 flowing inside the heat exchange device 70 via the heat transfer surface 71. The airflow 72 generated by the airflow generation device 40 flows in the opposite direction to the flow direction of the gas 73 flowing through the heat transfer surface 71 and collides with the gas 73, thereby causing disturbance in the boundary layer near the heat transfer surface 71 and heat. Can facilitate communication.

このように気流発生装置40によって境界層に気流を発生させ、例えば、熱交換装置70の伝熱面71と気流との境界層の流れの構造を変化させることで、熱交換装置70の構造を変えることなく、伝熱面71における伝熱特性を向上させることができる。また、気流発生装置40の電極42、43間に印加する電圧を制御することで、伝熱特性を任意に制御することができる。   As described above, the air flow is generated in the boundary layer by the air flow generation device 40, and the structure of the heat exchange device 70 is changed by changing the flow structure of the boundary layer between the heat transfer surface 71 of the heat exchange device 70 and the air flow, for example. The heat transfer characteristics on the heat transfer surface 71 can be improved without changing. Moreover, the heat transfer characteristic can be arbitrarily controlled by controlling the voltage applied between the electrodes 42 and 43 of the airflow generation device 40.

上記した、気流発生装置40を乱流を促進させる手段として用いる用途としては、熱交換装置に限らず、熱伝達の促進を図ることが好ましい、加熱、冷却、凝縮、沸騰等の機能を利用する伝熱機器一般に利用可能である。気流発生装置40を伝熱特性制御手段として、例えば、コンピュータの素子を冷却する冷却フィンや、空調機の熱交換フィン等の所定の位置に設置して利用することができる。これによって、冷却フィンや熱交換フィン等の伝熱特性の向上を図ることができる。   The above-described use of the airflow generation device 40 as means for promoting turbulent flow is not limited to a heat exchange device, and it is preferable to promote heat transfer, and functions such as heating, cooling, condensation, and boiling are used. It can be used for heat transfer equipment in general. The airflow generation device 40 can be used as a heat transfer characteristic control means by being installed at a predetermined position such as a cooling fin for cooling an element of a computer or a heat exchange fin of an air conditioner. Thereby, it is possible to improve heat transfer characteristics such as cooling fins and heat exchange fins.

(マイクロマシン80への応用)
ここでは、気流発生装置40をマイクロマシン80の駆動機構に用いた場合の一例を示す。具体的には、気流発生装置40を推力発生手段として用いた一例を示す。図9は、側面および上面に気流発生装置40を備えたマイクロマシン80を模式的に示した斜視図である。
(Application to micromachine 80)
Here, an example of the case where the airflow generation device 40 is used as a drive mechanism of the micromachine 80 is shown. Specifically, an example in which the airflow generation device 40 is used as thrust generation means will be shown. FIG. 9 is a perspective view schematically showing a micromachine 80 provided with the airflow generation device 40 on the side surface and the upper surface.

図9に示すように、気流発生装置40は、電極42を有する表面がマイクロマシン80の各側面81a、81b、81c、81d、または上面82と同一面になるように、マイクロマシン80に固着されている。また、側面81a、81b、81c、81dにおいて、気流発生装置40は、鉛直下方に向けて気流を発生させるように、各側面81a、81b、81c、81dの下部に設けられている。また、上面82において、少なくとも4つの気流発生装置40が設けられ、各気流発生装置40は、上面82に水平方向に、かつマイクロマシン80の外側に向けて、それぞれ異なる垂直な方向に気流を発生させるように配置されている。   As shown in FIG. 9, the airflow generation device 40 is fixed to the micromachine 80 so that the surface having the electrode 42 is flush with the side surfaces 81 a, 81 b, 81 c, 81 d, or the upper surface 82 of the micromachine 80. . On the side surfaces 81a, 81b, 81c, 81d, the airflow generation device 40 is provided below the side surfaces 81a, 81b, 81c, 81d so as to generate an airflow vertically downward. In addition, at least four airflow generation devices 40 are provided on the upper surface 82, and each airflow generation device 40 generates airflows in different vertical directions in the horizontal direction on the upper surface 82 and toward the outside of the micromachine 80. Are arranged as follows.

また、マイクロマシン80に設けられた気流発生装置40の電極42、43への電圧の印加は、上記したように放電用電源24からケーブル23を介して行ってもよいが、図9に示すように、外部から非接触で印加されることが好ましい。この非接触で電極42、43に電圧を印加する方法として、例えば、マイクロマシン80の側面などに光電変換素子87を設置し、その光電変換素子87にレーザ発生装置85から出射されたレーザ光86を照射することによりエネルギを供給して、電極42、43に電圧を印加する方法などが挙げられる。これによって、ケーブルなどによる拘束を受けずに、マイクロマシン80を駆動することができる。   Further, as described above, the voltage may be applied to the electrodes 42 and 43 of the airflow generation device 40 provided in the micromachine 80 from the discharge power supply 24 via the cable 23, but as shown in FIG. It is preferably applied from outside without contact. As a method of applying a voltage to the electrodes 42 and 43 in a non-contact manner, for example, a photoelectric conversion element 87 is installed on the side surface of the micromachine 80, and the laser light 86 emitted from the laser generator 85 is applied to the photoelectric conversion element 87. For example, a method of supplying energy by irradiating and applying a voltage to the electrodes 42 and 43 may be used. Thereby, the micromachine 80 can be driven without being restricted by a cable or the like.

また、非接触で電極42、43に電圧を印加する他の方法として、例えば、マイクロマシン80の側面などに熱電変換素子を設置し、その熱電変換素子に赤外線を照射したり、雰囲気温度を上昇させることで、電極42、43に電圧を印加する方法などが挙げられる。さらに、マイクロマシン80の側面などにコイルやアンテナを備え、そのコイルやアンテナにマイクロ波やミリ波等その他の電磁波を与え、コイルやアンテナに生じた誘起電圧を電極42、43間に印加してもよい。   Further, as another method of applying a voltage to the electrodes 42 and 43 in a non-contact manner, for example, a thermoelectric conversion element is installed on the side surface of the micromachine 80, and the thermoelectric conversion element is irradiated with infrared rays or the ambient temperature is increased. Thus, a method of applying a voltage to the electrodes 42 and 43 can be used. Furthermore, a coil or antenna is provided on the side surface of the micromachine 80, and other electromagnetic waves such as microwaves and millimeter waves are applied to the coil or antenna, and an induced voltage generated in the coil or antenna is applied between the electrodes 42 and 43. Good.

上記したように、気流発生装置40が設けられたマイクロマシン80において、例えば、側面81a、81b、81c、81dに設けられた各気流発生装置40を駆動させると、浮上用の気流83が発生してマイクロマシンが浮上する。また、マイクロマシン80が浮上している際に、例えば、上面82に設けられた気流発生装置40の1つを駆動させると、その気流84の流れ方向とは逆の方向にマイクロマシンが移動する。なお、マイクロマシン80が浮上している際に、上面82に設けられた各気流発生装置40を適宜に駆動することで、あらゆる方向にマイクロマシンを移動することができる。また、気流発生装置40の電極42、43間に印加する電圧を制御することで、マイクロマシンを移動させる速さなどを任意に制御することができる。   As described above, in the micromachine 80 provided with the airflow generation device 40, for example, when the airflow generation devices 40 provided on the side surfaces 81a, 81b, 81c, and 81d are driven, the airflow 83 for levitation is generated. A micromachine emerges. Further, when the micromachine 80 is flying, for example, when one of the airflow generation devices 40 provided on the upper surface 82 is driven, the micromachine moves in the direction opposite to the flow direction of the airflow 84. In addition, when the micromachine 80 is flying, the micromachine can be moved in all directions by appropriately driving each airflow generation device 40 provided on the upper surface 82. In addition, by controlling the voltage applied between the electrodes 42 and 43 of the airflow generation device 40, the speed at which the micromachine is moved can be arbitrarily controlled.

上記した、推力発生手段として機能する気流発生装置40は、マイクロマシンに限らず、気流を推力として利用する一般機器に利用可能である。気流発生装置40を推力発生手段として、例えば、ロケットやミサイル等の飛翔体、無人航空機の表面の所定の位置等に設置して利用することができる。これによって、ロケットやミサイル等の飛翔体に推力を付加したり、操舵する際の推力を付加したりすることができる。   The above-described airflow generation device 40 that functions as thrust generation means is not limited to a micromachine, and can be used for general equipment that uses airflow as thrust. The airflow generation device 40 can be used as a thrust generation means, for example, installed at a predetermined position on the surface of a flying object such as a rocket or a missile or an unmanned aircraft. Thereby, it is possible to add a thrust to a flying object such as a rocket or a missile or to add a thrust for steering.

(ガス処理装置90への応用)
ここでは、気流発生装置40をガス処理装置90の活性種生成機構、送風機構および拡散・混合機構に用いた場合の一例を示す。図10は、気流発生装置40を備えたガス処理装置90の活性種生成部を模式的に示した斜視図である。このガス処理装置90には、例えば、放電で生成するオゾンによって悪臭物質を処理する脱臭装置や殺菌装置、放電で生成するNOによって煤を燃焼させる粒子状物質減少装置などが含まれる。
(Application to gas processing equipment 90)
Here, an example in which the airflow generation device 40 is used for an active species generation mechanism, a blower mechanism, and a diffusion / mixing mechanism of the gas processing device 90 is shown. FIG. 10 is a perspective view schematically showing an active species generation unit of a gas processing device 90 provided with the airflow generation device 40. The gas processing device 90 includes, for example, a deodorizing device or a sterilizing device that processes malodorous substances with ozone generated by discharge, a particulate matter reducing device that burns soot by NO 2 generated by discharging.

図10に示すように、ガス処理装置90の活性種生成部100には、所定の間隔をおいて、複数の気流発生装置40が積層配置されている。ここで、各気流発生装置40は、活性種生成部100内において一方向に気流101を発生させるように配設されている。この活性種生成部100内に誘電体バリア放電によって生成された活性種は、誘電体バリア放電によって発生した気流101によって、非処理ガスを処理するガス処理部(図示しない)に導かれる。上記したように、気流発生装置40は、放電により活性種を生成する活性種生成機構と、活性種をガス処理部に送風する送風機構の双方の機能を有する。   As shown in FIG. 10, a plurality of airflow generation devices 40 are stacked on the active species generation unit 100 of the gas treatment device 90 at a predetermined interval. Here, each airflow generation device 40 is disposed so as to generate the airflow 101 in one direction in the active species generation unit 100. The active species generated by the dielectric barrier discharge in the active species generating unit 100 is guided to a gas processing unit (not shown) that processes the non-processing gas by the air flow 101 generated by the dielectric barrier discharge. As described above, the airflow generation device 40 has both functions of an active species generation mechanism that generates active species by discharge and a blower mechanism that blows the active species to the gas processing unit.

従来のガス処理装置においては、放電で生成した活性種をファン等でガス処理部まで導く構造が用いられてきたが、本発明に係るガス処理装置90を備えることで、上記したように活性種生成部100が、活性種生成機能および送風機能の双方の機能を備えるので、装置のコンパクト化、省電力化、さらには製作コストの削減を図ることができる。   In the conventional gas processing apparatus, a structure in which the active species generated by the discharge is guided to the gas processing unit by a fan or the like has been used. However, by including the gas processing apparatus 90 according to the present invention, as described above, the active species Since the production | generation part 100 is provided with the function of both an active species production | generation function and a ventilation function, the compactization of an apparatus, power saving, and the reduction of manufacturing cost can be aimed at.

上記したように、気流発生装置40を活性種生成機能や送風機能して用いることで、流体中に存在するガス分子に何らかの化学反応を起こさせる化学反応装置一般に気流発生装置40を利用可能である。さらに、気流発生装置40を拡散・混合機構として用いることもできる。例えば、流体の流れを制御することで拡散速度や混合速度を変化させ、化学反応トータルの反応速度を制御する目的で気流発生装置40を使用することもできる。具体的には、燃焼器、ガス混合機器、殺菌消毒装置、化学プロセス反応器等に利用が可能である。   As described above, by using the airflow generation device 40 as an active species generation function or an air blowing function, a chemical reaction device that generally causes some chemical reaction to gas molecules existing in the fluid can be used. . Further, the airflow generation device 40 can be used as a diffusion / mixing mechanism. For example, the airflow generator 40 can be used for the purpose of changing the diffusion rate and mixing rate by controlling the flow of the fluid and controlling the reaction rate of the total chemical reaction. Specifically, it can be used for a combustor, a gas mixing device, a sterilizer, a chemical process reactor, and the like.

燃焼器に気流発生装置40を用いる場合には、例えば燃焼場における流れをの一部を制御する機構として使用することができる。火炎の安定化を図るためには、燃料と酸化剤の混合比を量論比(当量比が1)付近で燃焼させることが好ましいが、排ガス中に含まれるNOx等の有害成分を抑制するために、近年では、全体として(オーバオールで)希薄燃焼させる燃焼方式を用いた燃焼器が主流となっている。例えば、燃料と酸化剤を個々に燃焼領域に供給し、燃焼領域において燃料と酸化剤を燃焼させる拡散燃焼では、運転条件に応じて形成される燃焼器内の流れ場において、局所的に当量比が1付近となる領域が存在することがある。このような領域は、火炎温度が高くなりNOxの生成が促進される。このような領域が燃焼器の壁面近傍等に存在する場合には、気流発生装置40を燃焼器の壁面に設ける。そして、運転条件に応じて気流発生装置40を作動させ、その当量比が1付近となる領域に周囲の酸化剤を巻き込むように流れを形成し、燃料濃度を減少させた状態、すなわち当量比を小さくした希薄な状態で燃焼させることができる。また、気流発生装置40を燃焼器の壁面に、乱流を促進するように、すなわち流れを乱すように設けることで、燃料と酸化剤の混合が促進され難い壁面近傍における混合を促進することができる。   When the airflow generation device 40 is used in the combustor, it can be used as a mechanism for controlling a part of the flow in the combustion field, for example. In order to stabilize the flame, it is preferable to burn the mixture ratio of fuel and oxidant in the vicinity of the stoichiometric ratio (equivalent ratio is 1), but in order to suppress harmful components such as NOx contained in the exhaust gas. In recent years, combustors using a combustion method in which lean combustion is performed as a whole (overall) have become mainstream. For example, in diffusion combustion in which fuel and oxidant are individually supplied to the combustion region and the fuel and oxidant are combusted in the combustion region, the equivalence ratio is locally determined in the flow field in the combustor formed according to the operating conditions. There may be a region where is around 1. In such a region, the flame temperature becomes high and the generation of NOx is promoted. When such a region exists in the vicinity of the wall surface of the combustor, the airflow generation device 40 is provided on the wall surface of the combustor. Then, the air flow generator 40 is operated according to the operating conditions, and a flow is formed so that the surrounding oxidant is involved in a region where the equivalence ratio is near 1, and the fuel concentration is reduced, that is, the equivalence ratio is set. It can be burned in a small and lean state. Further, by providing the airflow generator 40 on the wall of the combustor so as to promote turbulence, that is, to disturb the flow, it is possible to promote mixing in the vicinity of the wall where mixing of the fuel and the oxidant is difficult to be promoted. it can.

さらに、放電は、燃料物質をクラッキングして、より低分子の可燃性物質を生成できるので、これらの物質が燃焼に寄与することによって燃焼が促進される。これによって、燃焼器の小型化や高い燃焼効率が得られる燃焼器が実現できる。なお、燃焼器内に気流発生装置40を用いる場合には、 高温となるので、誘電体41をセラミックス等の耐熱材料で構成し、電極42、43を耐熱金属で構成することが好ましい。   In addition, the discharge can crack the fuel materials to produce lower molecular weight combustible materials, and these materials contribute to the combustion to promote combustion. As a result, a combustor can be realized that can be downsized and have high combustion efficiency. In addition, when using the airflow generator 40 in a combustor, since it becomes high temperature, it is preferable to comprise the dielectric material 41 with heat resistant materials, such as ceramics, and to comprise the electrodes 42 and 43 with a heat resistant metal.

ガス混合機器に気流発生装置40を用いる場合には、例えば渦や乱流を生成することによるガス混合の促進機構として使用することができる。例えば、燃料と空気を混合する目的で構成された同軸二重管のノズルにおいて、従来は混合の促進を図るために、外側ノズルの内部に旋回流形成用のガイド羽根を設ける等の方法が主流であった。しかしながら、機械的構造の混合装置は、予め定められた流量条件でのみ有効に機能しない。そこで、外側ノズルの内壁側または内側ノズルの外壁側等に、本発明の気流発生装置40を設け、壁面付近で乱流や縦渦を生成するように気流を発生させる。これにより、内側と外側の境界付近に渦や乱流が発生し、両者間の隔壁がなくなったところで、これらの渦の作用により急激に2流体間で混合が生じる。特に、渦はその軸方向に物質を輸送する機能を有するので、2流体の境界面に垂直な軸を有する渦の生成により、一方の流体が他方の流体中へ効率的に輸送され、混合が促進される。   When the airflow generation device 40 is used in a gas mixing device, it can be used as a mechanism for promoting gas mixing, for example, by generating vortices or turbulent flows. For example, in a coaxial double tube nozzle configured for the purpose of mixing fuel and air, conventionally, in order to promote the mixing, a method such as providing guide blades for forming a swirling flow inside the outer nozzle is the mainstream. Met. However, mechanically structured mixing devices do not function effectively only at predetermined flow conditions. Therefore, the airflow generation device 40 of the present invention is provided on the inner wall side of the outer nozzle or the outer wall side of the inner nozzle, and the airflow is generated so as to generate turbulent flow and vertical vortex near the wall surface. As a result, vortices and turbulence are generated in the vicinity of the boundary between the inner side and the outer side, and when there is no partition between the two, mixing between the two fluids occurs abruptly by the action of these vortices. In particular, since the vortex has the function of transporting material in its axial direction, the generation of a vortex having an axis perpendicular to the interface of the two fluids effectively transports one fluid into the other fluid and mixes it. Promoted.

殺菌消毒装置に気流発生装置40を用いる場合にも、上記したガス混合機器に気流発生装置40を用いる場合と同様の構成により、例えば渦や乱流を生成することによる混合促進機構として使用することができる。ガス混合機器では、燃料と空気を混合する場合について説明したが、殺菌消毒装置では、例えば、燃料の代わりに殺菌作用を有するオゾンが、空気の代わりに殺菌処理される気体が同軸二重管のノズルの各流路を流れて混合される。   Even when the airflow generator 40 is used in the sterilization device, the same structure as the case where the airflow generator 40 is used in the gas mixing device described above is used as a mixing promotion mechanism by generating, for example, vortex or turbulent flow. Can do. In the gas mixing apparatus, the case where fuel and air are mixed has been described. However, in a sterilization apparatus, for example, ozone having a sterilizing action is used instead of fuel, and gas to be sterilized instead of air is a coaxial double tube. It flows through each flow path of the nozzle and is mixed.

化学プロセス反応器に気流発生装置40を用いる場合には、上記したガス混合機器に気流発生装置40を用いる場合と同様の構成により、従来、物質どうしの拡散が律速条件となっていた化学プロセス反応器において、渦や乱流による強制的混合により化学反応を促進させることができる。また、一般に化学プロセス反応器は、巨大な反応層内で反応を起こさせる場合が多いが、その容器の角部や壁面付近によどみや滞留が生じて全体の反応効率を低下させる場合がある。そのような場合には、よどみや滞留近傍に気流発生装置40を設けることで、化学反応を促進させることができる。また、放電により化学物質から化学反応活性種を生成することができるので、従来の化学プロセスにおいて考慮されてきた入口物質を変化させることができ、例えば触媒反応の低温活性化等が実現可能となる。なお、化学プロセス反応器内に気流発生装置40を用いる場合には、対象の化学物質によって腐食等の化学反応を受け難くするために、誘電体41をセラミックス等の耐蝕材料で構成し、電極42、43を耐食金属等で構成することが好ましい。   When the airflow generator 40 is used in the chemical process reactor, the chemical process reaction in which diffusion between substances has conventionally been a rate-limiting condition with the same configuration as when the airflow generator 40 is used in the gas mixing device described above. In the vessel, the chemical reaction can be promoted by forced mixing by vortex or turbulent flow. In general, a chemical process reactor often causes a reaction in a huge reaction layer, but stagnation or stagnation may occur in the vicinity of the corner or wall of the container, thereby reducing the overall reaction efficiency. In such a case, the chemical reaction can be promoted by providing the airflow generation device 40 in the vicinity of stagnation or stagnation. In addition, since a chemical reaction active species can be generated from a chemical substance by discharge, the inlet substance considered in the conventional chemical process can be changed, and for example, low temperature activation of a catalytic reaction can be realized. . In the case where the airflow generator 40 is used in the chemical process reactor, the dielectric 41 is made of a corrosion-resistant material such as ceramics and the electrode 42 in order to make it difficult to receive a chemical reaction such as corrosion by the target chemical substance. , 43 are preferably made of a corrosion-resistant metal or the like.

なお、送風機能は、ガスを搬送するのみでなく、粉体等の輸送に用いることも可能である。   Note that the air blowing function can be used not only for transporting gas but also for transporting powder and the like.

(他の機器への応用)
上記したように、本発明に係る気流発生装置40は、翼への応用においては、例えば剥離抑制機能、移動体への応用においては例えば摩擦低減機能、熱交換器においては例えば乱流促進機能、マイクロマシーンにおいては例えば推力機能、ガス処理装置においては例えば活性種生成機能、送風機能および拡散・混合機能を備えることについて説明した。ここでは、本発明に係る気流発生装置40を備えることで、騒音や振動の低減、流体の漏洩等を抑制する効果が得られること、さらに気流発生装置40の他の機器への適用について説明する。
(Application to other devices)
As described above, the airflow generation device 40 according to the present invention has, for example, a separation suppressing function in application to a blade, a friction reducing function in application to a moving body, for example, a turbulence promoting function in a heat exchanger, It has been described that a micromachine has a thrust function, for example, and a gas processing apparatus has an active species generation function, a blowing function, and a diffusion / mixing function. Here, it will be described that the provision of the airflow generation device 40 according to the present invention provides the effect of reducing noise and vibration, suppressing fluid leakage, and the application of the airflow generation device 40 to other devices. .

例えば、自動車の騒音においては、フロントピラーおよびミラーで発生する渦が車室内騒音の主要因であるといわれている。フロントピラーおよびミラーの表面の所定位置に気流発生装置40を設け、車速に応じて気流発生装置40により発生する気流を制御することで、剥離を抑えたり、フロントピラーからの流れとミラーからの流れの方向を制御して両者の干渉を抑えることができる。これによって、フロントピラーおよびミラーで発生する渦による騒音を低減することが可能となる。   For example, in automobile noise, vortices generated by front pillars and mirrors are said to be the main cause of vehicle interior noise. The air flow generation device 40 is provided at a predetermined position on the front pillar and the mirror surface, and the air flow generated by the air flow generation device 40 is controlled according to the vehicle speed, thereby suppressing separation or the flow from the front pillar and the flow from the mirror. By controlling the direction, the interference between the two can be suppressed. As a result, it is possible to reduce noise caused by vortices generated in the front pillar and the mirror.

また、自動車においてサンルーフを開けて走行したときの騒音は、車室が共鳴箱の役割を果たすことで発生するヘルムホルツ共鳴音である。サンルーフの開口部付近の表面の所定位置に気流発生装置40を設け、気流発生装置40により発生する気流を制御することで、開口部付近の流れの周期構造を破壊して、騒音を低減することが可能となる。   In addition, the noise when the vehicle is driven with the sunroof opened is Helmholtz resonance generated by the vehicle compartment acting as a resonance box. By providing an airflow generation device 40 at a predetermined position on the surface near the opening of the sunroof and controlling the airflow generated by the airflow generation device 40, the periodic structure of the flow near the opening is destroyed and noise is reduced. Is possible.

また、カルマン渦に代表される流体振動は、気流中におかれた構造物に対して振動を引き起こし、その共振状態によっては構造物の破壊に繋がる場合もある。構造物からの流体の剥離点近傍に気流発生装置40を設置し、気流発生装置40により発生する気流を制御することで、剥離を抑えることができる。これによって、構造物における流体振動を低減することができる。   In addition, fluid vibration represented by Karman vortex causes vibration to the structure placed in the airflow, and may lead to destruction of the structure depending on the resonance state. Separation can be suppressed by installing the airflow generation device 40 near the separation point of the fluid from the structure and controlling the airflow generated by the airflow generation device 40. Thereby, the fluid vibration in the structure can be reduced.

また、タービンの翼とケーシングとの隙間等において、作動流体等が漏洩することによる損失が無視できないため、ラビリンスシールや刷子シール等を設け、作動流体等の漏洩を抑制している。しかしながら、上記したような隙間に、ラビリンスシールや刷子シール等を設けることによる、ラビリンスシールや刷子シール等との摩擦やラビリンスシールや刷子シール等の消耗が問題となっている。そこで、気流発生装置40を、タービンの翼とケーシングとの隙間やその近傍に配置し、この隙間から流出する作動流体の方向とは逆方向に、隙間から作動流体に向けて、または隙間に向けて、気流発生装置40から気流を発生させることで、摩擦や消耗等の問題を有することなく、タービンの翼とケーシングとの隙間等からの作動流体の漏洩を抑制することができる。特に、タービンの場合は、この構成を静翼に適用することが有効である。また、気流発生装置40を備えることで、発生する気流を電気的に制御することが可能な漏れ抑制機構としての機能を発揮することができる。   In addition, since the loss due to leakage of working fluid or the like cannot be ignored in the gap between the turbine blade and the casing, a labyrinth seal or brush seal is provided to suppress leakage of the working fluid or the like. However, friction with the labyrinth seal or brush seal or wear of the labyrinth seal or brush seal due to the provision of a labyrinth seal or brush seal in the gap as described above is a problem. Therefore, the airflow generation device 40 is disposed in the gap between the turbine blades and the casing or in the vicinity thereof, and the direction of the working fluid flowing out from the gap is opposite to the working fluid from the gap or toward the gap. Thus, by generating the air flow from the air flow generation device 40, it is possible to suppress the leakage of the working fluid from the gap between the blades of the turbine and the casing without problems such as friction and wear. In particular, in the case of a turbine, it is effective to apply this configuration to a stationary blade. Moreover, by providing the airflow generation device 40, a function as a leakage suppression mechanism capable of electrically controlling the generated airflow can be exhibited.

また、翼型の特性は、特に臨界レイノルズ数付近では主流の乱れ度に大きく影響を受けることが知られている。そこで、翼型試験を行う風洞等では、実機に近い条件で試験を行なうため、主流に乱れを与えるための様々な工夫がなされている。しかしながら、従来の主流に乱れを与える方法は、主に機械的駆動部を用いて行なうことが多いため、機械的駆動部の駆動時定数より短いスケールの乱れを与えることが不可能であった。そこで、例えば、風洞の上流部分に備えられる整流装置を構成するハニカムの各格子内に、それぞれ独立に制御可能な気流発生装置40を設置し、各格子点に対してランダムな気流を発生させることにより、乱れ度の高い気流を生成することができる風洞を構成することができる。これによって、気流発生装置40を、乱れ発生機構として利用することができ、電圧、周波数、波形、デューティ比などの電気的特性を制御して、最適な気流制御を実現することができる。   In addition, it is known that the characteristics of the airfoil are greatly affected by the degree of turbulence in the mainstream, particularly near the critical Reynolds number. Therefore, in a wind tunnel or the like for performing an airfoil test, various tests have been made to give turbulence to the mainstream because the test is performed under conditions close to those of an actual machine. However, since the conventional method of imparting disturbance to the mainstream is often performed mainly using a mechanical drive unit, it has been impossible to give a disturbance of a scale shorter than the drive time constant of the mechanical drive unit. Therefore, for example, in each honeycomb lattice constituting the rectifier provided in the upstream portion of the wind tunnel, an independently controllable airflow generator 40 is installed to generate a random airflow at each lattice point. Thus, it is possible to configure a wind tunnel that can generate an air current having a high degree of turbulence. As a result, the airflow generation device 40 can be used as a turbulence generation mechanism, and optimal airflow control can be realized by controlling electrical characteristics such as voltage, frequency, waveform, and duty ratio.

また、低レイノルズ数領域等で、流れ方向の渦軸を持つ縦渦を発生させることにより、剥離流れの再付着や2次流れによる混合促進等を実現する方法が研究されている。しかしながら、これまでの縦渦発生機構は、微細孔からの噴流によるものや微小突起等の機械的な構造によるものが主流であったため、能動制御が不可能であるなどの欠点があった。そこで、表面に対して垂直な方向の気流成分を発生させるように気流発生装置40を配置することにより、対象物の形状を変えずに、電気的制御のみで自由度の高い縦渦生成機構を実現することができる。   In addition, a method has been studied in which longitudinal vortices having a vortex axis in the flow direction are generated in a low Reynolds number region or the like, thereby realizing reattachment of a separated flow or promotion of mixing by a secondary flow. However, the conventional vertical vortex generating mechanism has been disadvantageous in that active control is impossible because the mainstream is mainly due to jets from fine holes or mechanical structures such as fine protrusions. Therefore, by arranging the airflow generation device 40 so as to generate the airflow component in the direction perpendicular to the surface, a vertical vortex generation mechanism with a high degree of freedom can be achieved only by electrical control without changing the shape of the object. Can be realized.

気流発生装置40を縦渦発生機構として利用する場合には、表面に対して垂直な方向の気流成分を発生させるように電極を配置することが有効であるが、表面に沿った流れを誘起することでも、電極端付近に上方からの流れを流引する領域ができるため、縦渦の生成が可能となる(後述する図13C参照)。   When using the airflow generation device 40 as a vertical vortex generation mechanism, it is effective to arrange electrodes so as to generate an airflow component in a direction perpendicular to the surface, but it induces a flow along the surface. Even in this case, since an area where the flow from above is drawn near the electrode end is formed, a vertical vortex can be generated (see FIG. 13C described later).

(実施例)
次に、前述した気流発生装置40の様々な機構や作用等を具体的に実施例に基づいて説明する。
(Example)
Next, various mechanisms and operations of the airflow generation device 40 described above will be specifically described based on examples.

(大気圧下以外の環境下における気流発生装置の動作)
ここでは、本発明に係る気流発生装置は、例えば減圧環境下等の大気圧下以外の環境における気流制御においても、機械的に気流を制御するよりも、自由度が大きく、最適な気流制御が可能であることについて説明する。
(Operation of the airflow generator in an environment other than atmospheric pressure)
Here, the airflow generation device according to the present invention has a greater degree of freedom and optimal airflow control than airflow control mechanically even in airflow control in an environment other than atmospheric pressure, such as under reduced pressure. Explain what is possible.

減圧環境下における気流制御を必要とする機器としては、例えば宇宙機器がある。宇宙機器の中でも、例えばロケット、宇宙往還機、宇宙輸送機、地球と宇宙の間で移動する機器等においては、気体密度が大きく変化する領域を移動する必要がある。このような広い流体条件に対しての空気力学的特性を、形状の工夫のみで補うことは不可能である。しかしながら、本発明に係る気流発生装置を備え、電気的制御を行なうことでこれを可能にすることができる。   As a device that requires airflow control in a reduced pressure environment, for example, there is a space device. Among space devices, for example, in rockets, space vehicles, space transport aircraft, and devices that move between the earth and space, it is necessary to move in a region where the gas density changes greatly. It is impossible to supplement the aerodynamic characteristics with respect to such a wide range of fluid conditions only by the device of the shape. However, this can be made possible by providing the airflow generator according to the present invention and performing electrical control.

放電の形態は、空気密度によって変化するが、各空気密度における最適な電圧制御をすることで、様々な密度条件において最適な気流制御が実現可能となる。なお、減圧環境下での利用用途は、宇宙機器に限定されるものではなく、半導体等の各種製造プロセスや、蒸気タービンの最終段等も含まれる。また、大気圧以外での気流制御には、減圧環境下に限らず、蒸気タービンの初段のように加圧環境下における気流制御も考えられるが、圧力条件で決まる放電形態に応じた電圧制御をすることで、減圧状態と同様の最適な制御が可能となる。   Although the form of discharge varies depending on the air density, optimal airflow control can be realized under various density conditions by performing optimal voltage control at each air density. Note that the usage application in a reduced pressure environment is not limited to space equipment, and includes various manufacturing processes for semiconductors, the final stage of a steam turbine, and the like. In addition, the airflow control other than the atmospheric pressure is not limited to the reduced pressure environment, but the airflow control in the pressurized environment as in the first stage of the steam turbine can be considered, but the voltage control according to the discharge form determined by the pressure condition is performed. By doing so, the same optimal control as in the decompressed state is possible.

図11Aは、圧力条件を変えたときの放電の形態を観察するための気流発生装置を模式的に示した平面図である。図11Bおよび図11Cは、圧力条件を変えたときの放電の形態を示す図である。なお、ここでは、気流発生装置として図1および図2に示す形態の気流発生装置10を用い、双方の電極21、22を平板で構成した。   FIG. 11A is a plan view schematically showing an airflow generation device for observing the form of discharge when the pressure condition is changed. FIG. 11B and FIG. 11C are diagrams showing discharge modes when the pressure condition is changed. Here, the airflow generation device 10 having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 was used as the airflow generation device, and both the electrodes 21 and 22 were formed of flat plates.

図11Aに示すように、気流発生装置10は、電極21として、幅L1(気流の発生方向の長さ)が10mm、横M1が80mm、厚さが0.1mmの銅箔を用い、電極22として、幅L2(気流の発生方向の長さ)が30mm、横M2が120mm、厚さが0.1mmの銅箔を用いた。そして、双方の電極の間には、誘電体20として、幅L3(気流の発生方向の長さ)が120mm、横M3が130mm、厚さが2mmのアルミナ平板を用い、電極21と電極22との気流発生方向の間の距離Nを0mmとした。また、放電部の周囲の圧力を1027hPaまたは100hPaとし、電極に3kHz(7W)の交番電圧を印加した。   As shown in FIG. 11A, the airflow generation device 10 uses a copper foil having a width L1 (length in the airflow generation direction) of 10 mm, a lateral M1 of 80 mm, and a thickness of 0.1 mm as the electrode 21. A copper foil having a width L2 (length in the direction of airflow generation) of 30 mm, a lateral M2 of 120 mm, and a thickness of 0.1 mm was used. Between the electrodes, an alumina flat plate having a width L3 (length in the direction of airflow generation) of 120 mm, a lateral M3 of 130 mm, and a thickness of 2 mm is used as the dielectric 20. The distance N between the airflow generation directions was set to 0 mm. Moreover, the pressure around the discharge part was set to 1027 hPa or 100 hPa, and an alternating voltage of 3 kHz (7 W) was applied to the electrodes.

図11Bおよび図11Cに示すように、放電部の周囲の圧力が1027hPaの場合の放電120と100hPaの場合の放電120を比較すると、圧力が低い100hPaの場合の方が、放電120が広がることがわかった。   As shown in FIG. 11B and FIG. 11C, when the discharge 120 when the pressure around the discharge portion is 1027 hPa and the discharge 120 when the pressure is 100 hPa are compared, the discharge 120 spreads more when the pressure is 100 hPa. all right.

ここで、細いひも状であった放電120は互いに集合して広がり、面状に伸びるようになる。面状の放電面の中央付近では、「n(正イオンの密度)=n(電子または負イオンの密度)」となり力は相殺されるが、放電面の境界付近はシースとよばれ、「n≠n」となるため、中性分子への運動量移行が起こり気流が発生する。 Here, the discharges 120 that are in the form of thin strings gather and spread to each other and extend in a planar shape. Near the center of the planar discharge surface, “n + (positive ion density) = n (electron or negative ion density)” and the force cancels, but the vicinity of the boundary of the discharge surface is called a sheath, Since “n + ≠ n ”, the momentum transfer to neutral molecules occurs and airflow is generated.

このように本発明の電極構造を有する気流発生装置10は、放電形態の差異はあるが、大気圧以外の環境下においても、放電することができることが明らかとなった。これによって、大気圧以外の環境下においても、気流を発生させることができ、気流発生装置として機能することが明らかとなった。気流発生装置としての機能の度合い、すなわち発生させる気流の特性は、電圧、周波数、波形、デューティ比などの電気的特性のみで制御することができるため、流速のみならず圧力も複雑に変化するような流体機器に対して、有効に気流発生装置として機能することがわかった。   As described above, it has been clarified that the airflow generation device 10 having the electrode structure of the present invention can discharge even under an environment other than atmospheric pressure, although there is a difference in discharge form. As a result, it has been clarified that an airflow can be generated even under an environment other than atmospheric pressure, and the airflow generating device functions. The degree of function as an airflow generator, that is, the characteristics of the generated airflow, can be controlled only by electrical characteristics such as voltage, frequency, waveform, and duty ratio, so that not only the flow rate but also the pressure changes in a complex manner. It has been found that it effectively functions as an air flow generator for various fluid devices.

(空気以外のガス環境下における気流発生装置の動作)
次に、本発明における気流発生装置は、空気以外のガス環境下においても放電を形成することができることを説明する。
(Operation of the airflow generator in a gas environment other than air)
Next, it will be described that the airflow generation device according to the present invention can form a discharge even in a gas environment other than air.

図12は、パッシェンカーブと呼ばれ、各ガス種における火花電圧を示す図である。火花電圧は、ガス種に応じて圧力Pと電極間距離dの積Pdの関数として表される。このようにガスの種類によって放電を発生させるために必要な電圧が異なる。また、ガス種によっては低気圧での放電と同様に放電が広がる形態になるものもある。本発明に係る気流発生装置では、ガスの種類に応じて電極に印加する電圧、周波数、波形、デューティ比などの電気的特性のみを変えることで、そのガス種に応じた放電をさせ、気流を発生させることができる。すなわち、流速や圧力に加えてガス成分も変化するような流体機器に対して、有効に気流発生装置として機能する。   FIG. 12 is called a Paschen curve, and is a diagram showing the spark voltage in each gas type. The spark voltage is expressed as a function of the product Pd of the pressure P and the interelectrode distance d depending on the gas type. Thus, the voltage required to generate discharge varies depending on the type of gas. Further, depending on the type of gas, there is a type in which the discharge spreads in the same manner as the discharge at low pressure. In the airflow generation device according to the present invention, only the electrical characteristics such as the voltage, frequency, waveform, and duty ratio applied to the electrode are changed according to the type of gas, thereby causing discharge according to the gas type and the airflow. Can be generated. That is, it effectively functions as an air flow generator for a fluid device in which the gas component changes in addition to the flow velocity and pressure.

ここで、空気以外のガス環境下における利用用途としては、例えば半導体等の各種製造プロセス、蒸気タービン、バイオガスプロセス、地球以外の大気下で移動する宇宙機器等が挙げられる。   Here, examples of applications in a gas environment other than air include various manufacturing processes such as semiconductors, steam turbines, biogas processes, and space equipment that moves in an atmosphere other than the earth.

(気流発生装置によって発生した気流の観測)
図13Aは、気流発生装置10を模式的に示した断面図である。図13Bは、一様流の高さ方向の流速分布をスモークワイヤ法にて観測した結果を示す図である。図13Cは、一様流中において、気流発生装置10で発生した気流の高さ方向の流速分布をスモークワイヤ法にて観測した結果を示す図である。
(Observation of airflow generated by the airflow generator)
FIG. 13A is a cross-sectional view schematically showing the airflow generation device 10. FIG. 13B is a diagram showing a result of observing the flow velocity distribution in the height direction of the uniform flow by the smoke wire method. FIG. 13C is a diagram showing a result of observing the flow velocity distribution in the height direction of the air flow generated by the air flow generation device 10 in the uniform flow by the smoke wire method.

図13Aに示すように、気流発生装置10は、電極21として、幅L1(気流の発生方向の長さ)が10mm、横が110mm、厚さt1が0.1mmの銅箔を用い、電極22として、幅L2(気流の発生方向の長さ)が10mm、横が100mm、厚さt2が0.1mmの銅箔を用いた。そして、双方の電極の間には、誘電体20として、幅L3(気流の発生方向の長さ)が120mm、横が120mm、厚さt3が1mmの石英ガラス平板を用い、電極21と電極22との気流発生方向の間の距離Nを0mmとした。また、電極には、3kHzで9kVの両極性パルスを印加した。   As shown in FIG. 13A, the airflow generation device 10 uses a copper foil having a width L1 (length in the airflow generation direction) of 10 mm, a width of 110 mm, and a thickness t1 of 0.1 mm as the electrode 21. A copper foil having a width L2 (length in the direction of airflow generation) of 10 mm, a width of 100 mm, and a thickness t2 of 0.1 mm was used. Between the electrodes, a quartz glass plate having a width L3 (length in the direction of airflow generation) of 120 mm, a width of 120 mm, and a thickness t3 of 1 mm is used as the dielectric 20. The distance N between the airflow generation directions was set to 0 mm. Further, a bipolar pulse of 9 kV at 3 kHz was applied to the electrode.

スモークワイヤ130は、直径が0.2mmのニクロム線を用い、ニクロム線に発煙剤として流動パラフィンを塗布した。スモークワイヤ130には、250Vの電圧を10msの間印加した。そして、電圧印加から遅延時間をあけて、発光時間が25μsのストロボを発光させた。また、一様流は、流速が0.7m/sの空気流である。   As the smoke wire 130, a nichrome wire having a diameter of 0.2 mm was used, and liquid paraffin was applied to the nichrome wire as a smoke generating agent. A voltage of 250 V was applied to the smoke wire 130 for 10 ms. Then, a strobe with a light emission time of 25 μs was emitted with a delay time from voltage application. The uniform flow is an air flow having a flow velocity of 0.7 m / s.

図13Bに示すように、気流発生装置10を作動させないときには、誘電体20の平板表面で速度が0になる速度分布が観測された。一方、図13Cに示すように、気流発生装置10を作動させ、プラズマ135を発生させると、誘電体20の平板表面の近傍の領域に、境界層の速度分布を十分に変化させる噴流136が形成された。また、この噴流136に流引するように、上方から下方に向かう流れ137が形成されていることがわかった。なお、ここでは図示しないが、電極21と電極22との気流発生方向の間の距離Nが0mmでなくとも、バリア放電が生成することによって、同様の流れが形成することを観測した。   As shown in FIG. 13B, when the airflow generation device 10 was not operated, a velocity distribution with a velocity of 0 was observed on the flat plate surface of the dielectric 20. On the other hand, as shown in FIG. 13C, when the airflow generation device 10 is operated and the plasma 135 is generated, a jet 136 that sufficiently changes the velocity distribution of the boundary layer is formed in a region near the flat plate surface of the dielectric 20. It was done. Moreover, it turned out that the flow 137 which goes to the downward direction from the upper direction is formed so that it may flow to this jet flow 136. FIG. Although not shown here, it was observed that a similar flow was formed by the generation of the barrier discharge even when the distance N between the airflow generation directions of the electrode 21 and the electrode 22 was not 0 mm.

(気流発生装置によって発生した気流の速度分布の計測)
図14Aは、気流発生装置10を模式的に示した断面図である。図14Bは、気流発生装置10で発生した気流の速度分布を示す図である。
(Measurement of velocity distribution of airflow generated by airflow generator)
FIG. 14A is a cross-sectional view schematically showing the airflow generation device 10. FIG. 14B is a diagram showing the velocity distribution of the airflow generated by the airflow generation device 10.

図14Aに示すように、気流発生装置10は、電極21として、幅L1(気流の発生方向の長さ)が10mm、横M1が110mm、厚さt1が0.1mmの銅箔を用い、電極22として、幅(気流の発生方向の長さ)が10mm、横M2が100mm、厚さが0.1mmの銅箔を用いた。そして、双方の電極の間には、誘電体20として、幅L3(気流の発生方向の長さ)が120mm、横が120mm、厚さt3が1mmのアルミナ平板を用いた。また、図14Aに示すように、電極22は、電極22の気流発生方向側の端面22aが誘電体20の気流発生方向側の端面20aと同一平面となるように配置されている。一方、電極21は、電極21の気流発生方向側の端面21aが、誘電体20の端面20aから気流発生方向とは逆方向に10mmの位置となるように配置されている。   As shown in FIG. 14A, the airflow generation device 10 uses, as the electrode 21, a copper foil having a width L1 (length in the airflow generation direction) of 10 mm, a lateral M1 of 110 mm, and a thickness t1 of 0.1 mm. No. 22 was a copper foil having a width (length in the direction in which airflow was generated) of 10 mm, a lateral M2 of 100 mm, and a thickness of 0.1 mm. Between the electrodes, an alumina flat plate having a width L3 (length in the direction of air flow) of 120 mm, a width of 120 mm, and a thickness t3 of 1 mm was used as the dielectric 20. 14A, the electrode 22 is disposed so that the end surface 22a of the electrode 22 on the airflow generation direction side is flush with the end surface 20a of the dielectric 20 on the airflow generation direction side. On the other hand, the electrode 21 is arranged such that the end surface 21a on the airflow generation direction side of the electrode 21 is located at a position 10 mm away from the end surface 20a of the dielectric 20 in the direction opposite to the airflow generation direction.

また、図14Aに示すように、電極21の端面21aから気流発生方向に15mm下流の位置で、かつ電極22の長手方向(横M1方向)の中央に、風速素子141が電極22の長手方向と平行になるように熱線流速計140を配置し、熱線流速計140を上下方向(気流の発生方向と垂直方向)に移動させて、その方向の速度分布を測定した。なお、熱線流速計140は、風速素子141をプローブ(図示しない)内に収容した状態で構成されている。ここで、熱線流速計を、電極21の端面21aから気流発生方向に15mm下流の位置に配置したのは、電極からの電気的絶縁を保つためである。なお、電極には、周波数が3kHzで、電圧が4.5kV(電力0.97W)、5kV(電力1.04W)、6kV(電力2.93W)、7kV(電力5.09W)、8kV(電力9.6W)、9kV(電力11.6W)の交番電圧を印加した。   Further, as shown in FIG. 14A, the wind speed element 141 is located at a position 15 mm downstream from the end face 21 a of the electrode 21 in the air flow generation direction and at the center in the longitudinal direction (lateral M1 direction) of the electrode 22. The hot-wire anemometer 140 was arranged so as to be parallel, and the hot-wire anemometer 140 was moved in the vertical direction (perpendicular to the air flow generation direction), and the velocity distribution in that direction was measured. The hot-wire anemometer 140 is configured in a state where the wind speed element 141 is accommodated in a probe (not shown). Here, the reason why the hot-wire anemometer is disposed at a position 15 mm downstream from the end surface 21a of the electrode 21 in the air flow generation direction is to maintain electrical insulation from the electrode. The electrode has a frequency of 3 kHz, a voltage of 4.5 kV (power 0.97 W), 5 kV (power 1.04 W), 6 kV (power 2.93 W), 7 kV (power 5.09 W), 8 kV (power). 9.6 W) and an alternating voltage of 9 kV (power 11.6 W) were applied.

図14Bに示すように、いずれの電圧条件においても、気流の速度分布は、誘電体20の平板表面から約1mmの高さにピークを有し、噴流を形成することがわかった。また、印加電圧が大きい方が、放電入力電力が増加し、発生する気流の流速が大きいことがわかった。   As shown in FIG. 14B, under any voltage condition, it was found that the velocity distribution of the air current had a peak at a height of about 1 mm from the flat plate surface of the dielectric 20 and formed a jet. It was also found that the higher the applied voltage, the greater the discharge input power and the greater the flow velocity of the generated airflow.

(翼における剥離抑制効果)
図15は、翼表面上における流れの剥離の現象を説明するための断面図である。図15に示すように、翼面近傍における速度分布は、表面150で速度が0であり、境界層151内では粘性により速度勾配を生じ、境界層の外側では、一様な速度Uとなっている。境界層の厚さが厚くなってくると翼の表面150付近で逆流領域152が現れ、流れが剥離する。そこで、逆流領域152が現れる領域、または逆流領域152が現れる領域近傍の翼表面上に、本発明に係る気流発生装置を設けて、境界層の速度分布を変化させることにより、剥離を抑制することが可能になる。具体的には、逆流領域が形成されるのを抑制するように、逆流領域における流れの方向に対向する流れを形成するように、翼表面上に気流発生装置を設ける。
(Peeling suppression effect on wings)
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the phenomenon of flow separation on the blade surface. As shown in FIG. 15, the velocity distribution in the vicinity of the blade surface has a velocity of 0 on the surface 150, a velocity gradient is generated due to viscosity in the boundary layer 151, and a uniform velocity U is formed outside the boundary layer. Yes. As the thickness of the boundary layer increases, a backflow region 152 appears near the blade surface 150 and the flow is separated. Therefore, by providing the airflow generation device according to the present invention on the blade surface near the region where the backflow region 152 appears or near the region where the backflow region 152 appears, the velocity distribution of the boundary layer is changed to suppress separation. Is possible. Specifically, an airflow generator is provided on the blade surface so as to form a flow that opposes the flow direction in the reverse flow region so as to suppress the formation of the reverse flow region.

図16は、翼表面上の所定位置における翼面圧力を計測した結果を示す図である。この翼面圧力の計測は、基準翼(NACA0015、翼弦長90mm、翼幅100mm)の表裏表面の所定の位置に静圧計測孔を複数設け、流速が20m/sの空気流の一様流中における表面の静圧分布を測定した。この基準翼の前縁部に、本発明に係る気流発生装置を配設した。配設した気流発生装置において、上流側の電極として、幅(気流の発生方向の長さ)が2mm、横が90mm、厚さが0.1mmの銅箔を用い、下流側の電極として、幅(気流の発生方向の長さ)が10mm、横が90mm、厚さが0.1mmの銅箔を用いた。また、誘電体として、幅(気流の発生方向の長さ)が35mm、横が100mm、厚さが0.1mmのポリイミドフィルムを用いた。電源は3kHzの両極性パルス電源を用い、電圧が3kV(放電入力電力が約0.4W)を印加した。なお、気流発生装置によって発生する気流は、上流側の電極から一様流の下流方向に基準翼の表面に沿って発生する。また、基準翼の迎角を20度に設定した。なお、図16において、横軸は、静圧計測孔が設けられた翼弦方向の位置Xと翼弦長Cとの比(X/C)で示している。   FIG. 16 is a diagram showing the results of measuring the blade surface pressure at a predetermined position on the blade surface. The blade surface pressure is measured by providing a plurality of static pressure measurement holes at predetermined positions on the front and back surfaces of a reference blade (NACA0015, blade chord length 90 mm, blade width 100 mm), and a uniform flow of air flow with a flow velocity of 20 m / s. The surface static pressure distribution was measured. The airflow generation device according to the present invention is disposed at the front edge of the reference blade. In the arranged airflow generation device, a copper foil having a width (length in the direction of airflow generation) of 2 mm, a width of 90 mm, and a thickness of 0.1 mm is used as an upstream electrode, and a width of the downstream electrode is A copper foil having a length of 10 mm in the airflow generation direction, a width of 90 mm, and a thickness of 0.1 mm was used. As the dielectric, a polyimide film having a width (length in the direction in which airflow was generated) of 35 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 0.1 mm was used. As a power source, a 3 kHz bipolar pulse power source was used, and a voltage of 3 kV (discharge input power was about 0.4 W) was applied. The air flow generated by the air flow generation device is generated along the surface of the reference blade in the downstream direction of the uniform flow from the upstream electrode. The angle of attack of the reference wing was set to 20 degrees. In FIG. 16, the horizontal axis indicates the ratio (X / C) between the position X in the chord direction where the static pressure measurement hole is provided and the chord length C.

図16に示すように、気流発生装置を作動し気流を発生させると(図16のONのとき)、圧力分布は変化し、特に背側(翼上面)の圧力分布は大きく変化している。また、背側の圧力分布から、気流発生装置を作動していないとき(図16のOFFのとき)には、静圧が上昇しているので流れが剥離していることがわかる。一方、気流発生装置を作動し気流を発生させたとき(図16のONのとき)には、静圧が減少しているので、流れの剥離が抑制され、流れが付着していることがわかった。   As shown in FIG. 16, when the airflow generator is operated to generate an airflow (when ON in FIG. 16), the pressure distribution changes, and in particular, the pressure distribution on the back side (blade upper surface) changes greatly. Further, it can be seen from the pressure distribution on the back side that when the airflow generator is not operated (when OFF in FIG. 16), the static pressure is increased and the flow is separated. On the other hand, when the airflow generator is activated and airflow is generated (when ON in FIG. 16), the static pressure is reduced, so that flow separation is suppressed and the flow is attached. It was.

(電圧の調整方法)
前述したように、電圧の調整方法については、例えば、電圧波高値、電圧周波数、電圧波形、デューティ比等を調整する方法が適用できる。ここでは、これらの電圧の調整を行なったときの気流発生装置から発生する気流の速度との関係について説明する。
(Voltage adjustment method)
As described above, as a voltage adjustment method, for example, a method of adjusting a voltage peak value, a voltage frequency, a voltage waveform, a duty ratio, and the like can be applied. Here, the relationship between the velocity of the airflow generated from the airflow generator when these voltages are adjusted will be described.

(1)電圧波高による制御例
前述したように、図14Bには、周波数が3kHzで、電圧が4.5kV(電力0.97W)、5kV(電力1.04W)、6kV(電力2.93W)、7kV(電力5.09W)、8kV(電力9.6W)、9kV(電力11.6W)の交番電圧を印加したときの、気流発生装置10で発生した気流の速度分布が示されている。
(1) Control example by voltage wave height As described above, FIG. 14B shows a frequency of 3 kHz, a voltage of 4.5 kV (power 0.97 W), 5 kV (power 1.04 W), 6 kV (power 2.93 W). , 7 kV (power 5.09 W), 8 kV (power 9.6 W), and 9 kV (power 11.6 W) when alternating voltage is applied, velocity distribution of the airflow generated by the airflow generator 10 is shown.

図14Bに示すように、印加電圧が増加して放電入力電力が増加した方が、発生する気流の流速が大きいことがわかった。このように、周波数を一定にして電圧波高を変化させることで、発生する気流の速さを制御できることがわかった。   As shown in FIG. 14B, it was found that the flow velocity of the generated airflow was larger when the applied voltage was increased and the discharge input power was increased. Thus, it was found that the speed of the generated air current can be controlled by changing the voltage wave height while keeping the frequency constant.

この制御は、電圧を変化させるという基本的な制御方式であるため、制御シーケンスを単純化して機器コストを削減したい場合等に好適である。   Since this control is a basic control method of changing the voltage, it is suitable when the control sequence is simplified to reduce the equipment cost.

(2)電圧周波数による制御例
図17は、電圧波高値を一定にして電圧周波数を変化させたときの速度分布の最大値を示す図である。なお、ここで用いた気流発生装置は、図14Aに示した気流発生装置10と電極および誘電体のサイズ等が異なるのみであり、速度の計測方法は同じであるので、ここで使用した気流発生装置の構成を、図14Aの気流発生装置10を参照して説明する。
(2) Example of control by voltage frequency FIG. 17 is a diagram showing the maximum value of the velocity distribution when the voltage frequency is changed while the voltage peak value is constant. The airflow generation device used here differs from the airflow generation device 10 shown in FIG. 14A only in the sizes of electrodes and dielectrics, and the speed measurement method is the same, so the airflow generation used here is the same. The configuration of the device will be described with reference to the airflow generation device 10 in FIG. 14A.

気流発生装置10は、電極21として、幅L1(気流の発生方向の長さ)が2mm、横M1が110mm、厚さt1が0.1mmの銅箔を用い、電極22として、幅(気流の発生方向の長さ)が10mm、横M2が100mm、厚さが0.1mmの銅箔を用いた。そして、双方の電極の間には、誘電体20として、幅L3(気流の発生方向の長さ)が35mm、横が120mm、厚さt3が0.1mmのポリイミドフィルムを用いた。また、図14Aに示すように、電極22は、電極22の気流発生方向側の端面22aが誘電体20の気流発生方向側の端面20aと同一平面となるように配置されている。一方、電極21は、電極21の気流発生方向側の端面21aが、誘電体20の端面20aから気流発生方向とは逆方向に10mmの位置となるように配置されている。また、図14Aに示すように、電極21の端面21aから気流発生方向に15mm下流の位置で、かつ電極22の長手方向(横M1方向)の中央に、風速素子141が電極22の長手方向と平行になるように熱線流速計140を配置し、熱線流速計140を上下方向(気流の発生方向と垂直方向)に移動させて、その方向の速度分布を測定した。   The airflow generation device 10 uses a copper foil having a width L1 (length in the airflow generation direction) of 2 mm, a lateral M1 of 110 mm, and a thickness t1 of 0.1 mm as the electrode 21, and a width (airflow of the airflow). A copper foil having a length in the generation direction of 10 mm, a lateral M2 of 100 mm, and a thickness of 0.1 mm was used. Between the electrodes, a polyimide film having a width L3 (length in the direction of air flow) of 35 mm, a width of 120 mm, and a thickness t3 of 0.1 mm was used as the dielectric 20. 14A, the electrode 22 is disposed so that the end surface 22a of the electrode 22 on the airflow generation direction side is flush with the end surface 20a of the dielectric 20 on the airflow generation direction side. On the other hand, the electrode 21 is arranged such that the end surface 21a on the airflow generation direction side of the electrode 21 is located at a position 10 mm away from the end surface 20a of the dielectric 20 in the direction opposite to the airflow generation direction. Further, as shown in FIG. 14A, the wind speed element 141 is located at a position 15 mm downstream from the end face 21 a of the electrode 21 in the air flow generation direction and at the center in the longitudinal direction (lateral M1 direction) of the electrode 22. The hot-wire anemometer 140 was arranged so as to be parallel, and the hot-wire anemometer 140 was moved in the vertical direction (perpendicular to the air flow generation direction), and the velocity distribution in that direction was measured.

本計測では、電圧波高値(4.2、4.6、5kV)を一定にして、各電圧波高値に対して電圧周波数を2、4、6、8、10kHzに変化させたときの速度分布を計測し、その最大値を図17に示している。なお、図17の横軸は、各電圧波高値に対して電圧周波数を2、4、6、8、10kHzに変化させたときの放電入力電力値で示している。   In this measurement, the voltage distribution (4.2, 4.6, 5 kV) is constant, and the speed distribution when the voltage frequency is changed to 2, 4, 6, 8, 10 kHz for each voltage peak value. The maximum value is shown in FIG. Note that the horizontal axis of FIG. 17 indicates the discharge input power value when the voltage frequency is changed to 2, 4, 6, 8, 10 kHz with respect to each voltage peak value.

図17に示すように、各電圧において、電圧周波数が増加して放電入力電力が増加した方が、発生する気流の最大流速が大きいことがわかった。また、同じ放電入力電力であっても、印加される電圧が高い方が、発生する気流の最大流速が大きいことがわかった。このように、電圧波高値を一定にして電圧周波数を変化させることで、発生する気流の速さを制御することができることがわかった。   As shown in FIG. 17, at each voltage, it was found that the maximum flow velocity of the generated airflow was larger when the voltage frequency increased and the discharge input power increased. It was also found that the maximum flow velocity of the generated air flow is larger when the applied voltage is higher even with the same discharge input power. Thus, it was found that the speed of the generated air flow can be controlled by changing the voltage frequency while keeping the voltage peak value constant.

この制御は、印加電圧を一定にした制御が可能となるため、絶縁設計の簡略化等によりコストを削減したい場合等に好適である。   This control can be performed with a constant applied voltage, and thus is suitable when it is desired to reduce costs by simplifying the insulation design.

(3)電圧波形による制御例
図18は、電圧波高値および電圧周波数を一定としたときの立ち上がり時間比を変化させたときの速度分布の最大値を示す図である。
(3) Example of control by voltage waveform FIG. 18 is a diagram showing the maximum value of the velocity distribution when the rise time ratio is changed when the voltage peak value and the voltage frequency are constant.

ここで使用された気流発生装置は、上記した電圧周波数による制御例で用いた気流発生装置と同じである。また、気流発生装置から発生した気流速度の計測方法も、上記した電圧周波数による制御例の場合と同じである。なお、ここでは、電圧周波数を1kHzとし、電圧波高値を4.6(電力1.6W)、4.8(電力1.9W)、5(電力2.6W)、5.2(電力4W)とした。   The airflow generation device used here is the same as the airflow generation device used in the control example using the voltage frequency described above. The method for measuring the velocity of the airflow generated from the airflow generation device is also the same as in the control example using the voltage frequency described above. Here, the voltage frequency is 1 kHz, and the voltage peak value is 4.6 (power 1.6 W), 4.8 (power 1.9 W), 5 (power 2.6 W), 5.2 (power 4 W). It was.

ここで、立ち上がり時間比とは、印加電圧波形の立ち上がり時間の半周期に占める割合をいい、図18に示すように、立ち上がり時間をtとしたとき、立ち上がり時間tの半周期(500ms)に対する割合(t/500)をいう。   Here, the rise time ratio refers to the ratio of the applied voltage waveform to the half cycle of the rise time. As shown in FIG. 18, when the rise time is t, the ratio of the rise time t to the half cycle (500 ms). (T / 500).

図18に示すように、各電圧に応じて、立ち上がり時間比を変化させると気流の速度分布の最大値が変化することがわかった。このように、電圧波高値、周波数を一定にして電圧波形を変化させることで、発生する気流の速度を制御することができることがわかった。また、交番電圧の立ち上がり時間比が小さいと発生する気流の速度が低下するので、立ち上がり時間比は0.5以上であることが好ましいことがわかった。また、この制御は、機器の絶縁設計やノイズ特性を最適化する場合に好ましい方法である。   As shown in FIG. 18, it was found that the maximum value of the velocity distribution of the air flow changes when the rise time ratio is changed according to each voltage. Thus, it has been found that the velocity of the generated air flow can be controlled by changing the voltage waveform while keeping the voltage peak value and frequency constant. Further, it was found that the rising time ratio is preferably 0.5 or more because the speed of the generated air flow decreases when the rising time ratio of the alternating voltage is small. This control is a preferable method when optimizing the insulation design and noise characteristics of the device.

(4)デューティ比による制御例
図19は、電圧波高値、電圧周波数および電圧波形を一定とし、電圧を断続的に印加してデューティ比を変化させたときの速度分布の最大値を示す図である。
(4) Example of control by duty ratio FIG. 19 is a diagram showing the maximum value of the velocity distribution when the voltage peak value, the voltage frequency and the voltage waveform are constant and the voltage is intermittently applied to change the duty ratio. is there.

ここで使用された気流発生装置は、上記した電圧周波数による制御例で用いた気流発生装置と同じである。また、気流発生装置から発生した気流速度の計測方法も、上記した電圧周波数による制御例の場合と同じである。なお、ここでは、電圧波高値を8kV、電圧周波数を3kHzとした。ここで、デューティ比とは、図19に示すように、電圧を断続的に印加する際の1周期の時間t2に対する電圧を印加している時間t1の割合(t1/t2)をいう。   The airflow generation device used here is the same as the airflow generation device used in the control example using the voltage frequency described above. The method for measuring the velocity of the airflow generated from the airflow generation device is also the same as in the control example using the voltage frequency described above. Here, the voltage peak value was 8 kV and the voltage frequency was 3 kHz. Here, as shown in FIG. 19, the duty ratio refers to the ratio (t1 / t2) of the time t1 during which the voltage is applied to the time t2 of one cycle when the voltage is intermittently applied.

図19に示すように、電圧波高値、周波数、電圧波形を一定にしてデューティ比を変化させることで、発生する気流の最大流速を制御することができることがわかった。この制御は、電圧波高値、周波数、電圧波形を一定に制御するため、電源の低コスト化やコンパクト化を図りたい場合等に好適である。   As shown in FIG. 19, it was found that the maximum flow velocity of the generated air flow can be controlled by changing the duty ratio while keeping the voltage peak value, frequency, and voltage waveform constant. This control is suitable for the case where it is desired to reduce the cost and size of the power source because the voltage peak value, frequency and voltage waveform are controlled to be constant.

(電源構造)
図20は、前述した、トランスを有し、トランスの1次巻線からトランスの漏れインダクタンスと放電部の静電容量を含んで形成される共振回路にステップ電圧を与えることにより放電部に共振電圧を印加する方式の高圧電源を本発明に係る気流発生装置に用いたときの放電の電流電圧波形を示す図である。なお、この場合における電圧周波数は3kHzであり、放電入力電力は1Wとした。
(Power supply structure)
FIG. 20 shows a resonance voltage applied to the discharge unit by applying a step voltage to the resonance circuit including the transformer and including the transformer leakage inductance and the capacitance of the discharge unit. It is a figure which shows the current-voltage waveform of discharge when the high voltage power supply of the system which applies is used for the airflow generator which concerns on this invention. In this case, the voltage frequency was 3 kHz, and the discharge input power was 1 W.

図20に示すように、この電源を用いることで、ひげ状の電流パルスの波形により、ストリーマ放電が生じていることがわかった。   As shown in FIG. 20, it was found that streamer discharge was generated by the waveform of the whisker-like current pulse by using this power source.

(電極構造)
ここでは、前述したように、電極21を棒状とした場合の直径、または電極21を平板状とした場合の幅(気流が発生する方向の長さ)は、誘電体20の厚さをtとする場合、20t以下、さらには2t以下が好適である理由について説明する。なお、ここで用いた気流発生装置は、図14Aに示した気流発生装置10と電極および誘電体のサイズ等が異なるのみであり、速度の計測方法は同じであるので、ここで使用した気流発生装置の構成を、図14Aの気流発生装置10を参照して説明する。
(Electrode structure)
Here, as described above, the diameter when the electrode 21 is formed in a rod shape, or the width (the length in the direction in which the airflow is generated) when the electrode 21 is formed in a flat plate shape is expressed as follows. In this case, the reason why 20t or less, and further 2t or less is suitable will be described. The airflow generation device used here differs from the airflow generation device 10 shown in FIG. 14A only in the sizes of electrodes and dielectrics, and the speed measurement method is the same, so the airflow generation used here is the same. The configuration of the device will be described with reference to the airflow generation device 10 in FIG. 14A.

気流発生装置10は、電極21として、幅L1(気流の発生方向の長さ)が2mmまたは10mm、横M1が110mm、厚さt1が0.1mmのステンレス製の平板または銅箔を用い、電極22として、幅(気流の発生方向の長さ)が10mm、横M2が100mm、厚さが0.1mmのステンレス製の平板または銅箔を用いた。そして、双方の電極の間には、誘電体20として、幅L3(気流の発生方向の長さ)が120mm、横が120mm、厚さt3が0.1〜3mmの石英、アルミナ、テフロン(登録商標)、ポリイミド製の平板を用いた。また、図14Aに示すように、電極22は、電極22の気流発生方向側の端面22aが誘電体20の気流発生方向側の端面20aと同一平面となるように配置されている。一方、電極21は、電極21の気流発生方向側の端面21aが、誘電体20の端面20aから気流発生方向とは逆方向に10mmの位置となるように配置されている。また、図14Aに示すように、電極21の端面21aから気流発生方向に15mm下流の位置で、かつ電極22の長手方向(横M1方向)の中央に、風速素子141が電極22の長手方向と平行になるように熱線流速計140を配置し、熱線流速計140を上下方向(気流の発生方向と垂直方向)に移動させて、その方向の速度分布を測定した。なお、電極には、周波数が3kHzで、電圧が5kV〜9kVの交番電圧を印加した。   The airflow generation device 10 uses a stainless steel flat plate or copper foil having a width L1 (length in the airflow generation direction) of 2 mm or 10 mm, a lateral M1 of 110 mm, and a thickness t1 of 0.1 mm as the electrode 21. No. 22 was a stainless steel flat plate or copper foil having a width (length in the direction of air flow generation) of 10 mm, a lateral M2 of 100 mm, and a thickness of 0.1 mm. Between the electrodes, quartz, alumina, and Teflon (registered as a dielectric 20) having a width L3 (length in the direction of air flow) of 120 mm, a width of 120 mm, and a thickness t3 of 0.1 to 3 mm are registered. Trademark) and a flat plate made of polyimide. 14A, the electrode 22 is disposed so that the end surface 22a of the electrode 22 on the airflow generation direction side is flush with the end surface 20a of the dielectric 20 on the airflow generation direction side. On the other hand, the electrode 21 is arranged such that the end surface 21a on the airflow generation direction side of the electrode 21 is located at a position 10 mm away from the end surface 20a of the dielectric 20 in the direction opposite to the airflow generation direction. Further, as shown in FIG. 14A, the wind speed element 141 is located at a position 15 mm downstream from the end face 21 a of the electrode 21 in the air flow generation direction and at the center in the longitudinal direction (lateral M1 direction) of the electrode 22. The hot-wire anemometer 140 was arranged so as to be parallel, and the hot-wire anemometer 140 was moved in the vertical direction (perpendicular to the air flow generation direction), and the velocity distribution in that direction was measured. An alternating voltage having a frequency of 3 kHz and a voltage of 5 kV to 9 kV was applied to the electrodes.

図21は、電極21の幅L1と誘電体20の厚さt3の比L1/t3と、エネルギ変換効率との関係を示す図である。ここで、エネルギ変換効率ηは、計測された速度分布に基づいて高さ方向に気流のエネルギを積分した積分値Eを、放電入力電力PWで除したもの(E/PW)である。図21に示すように、L1/t3とエネルギ変換効率との間には、相関関係があることがわかった。そして、実験を行ったL1/t3の値が20以下の範囲では、十分に利用可能なエネルギー変換効率が得られており、特にL1/t3の値が2以下でエネルギ変換効率ηが急激に増加することがわかった。   FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the ratio L1 / t3 of the width L1 of the electrode 21 and the thickness t3 of the dielectric 20 and the energy conversion efficiency. Here, the energy conversion efficiency η is obtained by dividing the integral value E obtained by integrating the energy of the airflow in the height direction based on the measured velocity distribution by the discharge input power PW (E / PW). As shown in FIG. 21, it was found that there is a correlation between L1 / t3 and energy conversion efficiency. In the range where the L1 / t3 value in the experiment is 20 or less, a sufficiently usable energy conversion efficiency is obtained. In particular, when the L1 / t3 value is 2 or less, the energy conversion efficiency η increases rapidly. I found out that

(誘電体構造)
ここでは、前述したように、誘電体20の厚さをt3、比誘電率をεとすると、ε/t3が20以下であることが好適であることについて説明する。なお、ここで用いた気流発生装置は、図14Aに示した気流発生装置10と電極および誘電体のサイズ等が異なるのみであり、速度の計測方法は同じであるので、ここで使用した気流発生装置の構成を、図14Aの気流発生装置10を参照して説明する。
(Dielectric structure)
Here, as described above, it will be described that ε / t3 is preferably 20 or less, where t3 is the thickness of the dielectric 20 and ε is the relative dielectric constant. The airflow generation device used here differs from the airflow generation device 10 shown in FIG. 14A only in the sizes of electrodes and dielectrics, and the speed measurement method is the same, so the airflow generation used here is the same. The configuration of the device will be described with reference to the airflow generation device 10 in FIG. 14A.

気流発生装置10は、電極21として、幅L1(気流の発生方向の長さ)が2mm、横M1が110mm、厚さt1が0.1mmのステンレス製の平板を用い、電極22として、幅(気流の発生方向の長さ)が10mm、横M2が100mm、厚さが0.1mmのステンレス製の平板を用いた。そして双方の電極の間には、誘電体20として、幅L3(気流の発生方向の長さ)が120mm、横が120mm、厚さt3が0.1〜3mmのアルミナ、テンパックス、石英、テフロン(登録商標)、ポリイミド製の平板を用いた。また、図14Aに示すように、電極22は、電極22の気流発生方向側の端面22aが誘電体20の気流発生方向側の端面20aと同一平面となるように配置されている。一方、電極21は、電極21の気流発生方向側の端面21aが、誘電体20の端面20aから気流発生方向とは逆方向に10mmの位置となるように配置されている。また、図14Aに示すように、電極21の端面21aから気流発生方向に15mm下流の位置で、かつ電極22の長手方向(横M1方向)の中央に、風速素子141が電極22の長手方向と平行になるように熱線流速計140を配置し、熱線流速計140を上下方向(気流の発生方向と垂直方向)に移動させて、その方向の速度分布を測定した。なお、電極には、周波数が3kHzで、電圧が9kVの交番電圧を印加した。   The airflow generation device 10 uses a stainless steel flat plate having a width L1 (length in the airflow generation direction) of 2 mm, a lateral M1 of 110 mm, and a thickness t1 of 0.1 mm as the electrode 21, and a width ( A stainless steel flat plate having a length of 10 mm in the airflow generation direction, a lateral M2 of 100 mm, and a thickness of 0.1 mm was used. Between the electrodes, alumina, tempax, quartz, Teflon having a width L3 (length in the direction of air flow) of 120 mm, a width of 120 mm, and a thickness t3 of 0.1 to 3 mm is provided between the electrodes. (Registered trademark), a flat plate made of polyimide was used. 14A, the electrode 22 is disposed so that the end surface 22a of the electrode 22 on the airflow generation direction side is flush with the end surface 20a of the dielectric 20 on the airflow generation direction side. On the other hand, the electrode 21 is arranged such that the end surface 21a on the airflow generation direction side of the electrode 21 is located at a position 10 mm away from the end surface 20a of the dielectric 20 in the direction opposite to the airflow generation direction. Further, as shown in FIG. 14A, the wind speed element 141 is located at a position 15 mm downstream from the end face 21 a of the electrode 21 in the air flow generation direction and at the center in the longitudinal direction (lateral M1 direction) of the electrode 22. The hot-wire anemometer 140 was arranged so as to be parallel, and the hot-wire anemometer 140 was moved in the vertical direction (perpendicular to the air flow generation direction), and the velocity distribution in that direction was measured. An alternating voltage having a frequency of 3 kHz and a voltage of 9 kV was applied to the electrodes.

図22は、比誘電率εと誘電体20の厚さt3との比ε/t3と、エネルギ変換効率との関係を示す図である。ここで、エネルギ変換効率ηは、計測された速度分布に基づいて高さ方向に気流のエネルギを積分した積分値Eを、放電入力電力PWで除したもの(E/PW)である。図22に示すように、誘電体20の厚さt3と比誘電率εとの比ε/t3と、エネルギ変換効率ηとの間には、相関関係があることがわかった。そして、ε/t3の値が20以下でエネルギ変換効率ηが急激に増加することがわかった。   FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the ratio ε / t3 of the relative dielectric constant ε and the thickness t3 of the dielectric 20 and the energy conversion efficiency. Here, the energy conversion efficiency η is obtained by dividing the integral value E obtained by integrating the energy of the airflow in the height direction based on the measured velocity distribution by the discharge input power PW (E / PW). As shown in FIG. 22, it was found that there is a correlation between the ratio ε / t3 of the thickness t3 of the dielectric 20 and the relative dielectric constant ε and the energy conversion efficiency η. And it turned out that energy conversion efficiency (eta) increases rapidly when the value of (epsilon) / t3 is 20 or less.

以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   Although the present invention has been specifically described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

第1の実施の形態の気流発生装置を模式的に示した斜視図。The perspective view which showed typically the airflow generator of 1st Embodiment. 図1に示す電極に正電圧を印加した場合の放電の様子を説明するための模式断面図。The schematic cross section for demonstrating the mode of discharge when a positive voltage is applied to the electrode shown in FIG. 第2の実施の形態の気流発生装置を模式的に示した斜視図。The perspective view which showed typically the airflow generator of 2nd Embodiment. 図3のA−A断面図。AA sectional drawing of FIG. 翼上面側に気流発生装置を備えた翼を模式的に示した斜視図。The perspective view which showed typically the blade | wing provided with the airflow generator on the blade upper surface side. 翼上面の気流の流れを説明するために、翼の断面を模式的に示した図。The figure which showed typically the cross section of the wing | blade in order to demonstrate the flow of the airflow on a wing | blade upper surface. 翼上面の気流の流れを説明するために、翼の断面を模式的に示した図。The figure which showed typically the cross section of the wing | blade in order to demonstrate the flow of the airflow on a wing | blade upper surface. 翼上面の気流の流れを説明するために、翼の断面を模式的に示した図。The figure which showed typically the cross section of the wing | blade in order to demonstrate the flow of the airflow on a wing | blade upper surface. 前方側面に気流発生装置を備えた移動体の一部の断面を模式的に示した図。The figure which showed typically the one part cross section of the moving body provided with the airflow generator on the front side surface. 伝熱面に気流発生装置を備えた熱交換装置を模式的に示した斜視図。The perspective view which showed typically the heat exchange apparatus provided with the airflow generator on the heat-transfer surface. 側面および上面に気流発生装置を備えたマイクロマシンを模式的に示した斜視図。The perspective view which showed typically the micromachine provided with the airflow generator on the side surface and the upper surface. 気流発生装置を備えたガス処理装置の活性種生成部を模式的に示した斜視図。The perspective view which showed typically the active species production | generation part of the gas processing apparatus provided with the airflow generator. 圧力条件を変えたときの放電の形態を観察するための気流発生装置を模式的に示した平面図。The top view which showed typically the airflow generator for observing the form of the discharge when changing pressure conditions. 圧力条件を変えたときの放電の形態を示す図。The figure which shows the form of discharge when pressure conditions are changed. 圧力条件を変えたときの放電の形態を示す図。The figure which shows the form of discharge when pressure conditions are changed. 各ガス種における火花電圧を示す図。The figure which shows the spark voltage in each gas kind. 気流発生装置を模式的に示した断面図。Sectional drawing which showed the airflow generator typically. 一様流の高さ方向の流速分布をスモークワイヤ法にて観測した結果を示す図。The figure which shows the result of having observed the flow velocity distribution of the height direction of the uniform flow by the smoke wire method. 一様流中において、気流発生装置で発生した気流の高さ方向の流速分布をスモークワイヤ法にて観測した結果を示す図。The figure which shows the result of having observed the flow velocity distribution of the height direction of the airflow which generate | occur | produced with the airflow generator in the uniform flow by the smoke wire method. 気流発生装置を模式的に示した断面図。Sectional drawing which showed the airflow generator typically. 気流発生装置で発生した気流の速度分布を示す図。The figure which shows the velocity distribution of the airflow which generate | occur | produced with the airflow generator. 翼表面上における流れの剥離の現象を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the phenomenon of the peeling of the flow on a blade surface. 翼表面上の所定位置における翼面圧力を計測した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the blade surface pressure in the predetermined position on a blade surface. 電圧波高値を一定にして電圧周波数を変化させたときの速度分布の最大値を示す図。The figure which shows the maximum value of speed distribution when changing a voltage frequency with a constant voltage peak value. 電圧波高値および電圧周波数を一定としたときの立ち上がり時間比を変化させたときの速度分布の最大値を示す図。The figure which shows the maximum value of speed distribution when changing a rise time ratio when voltage peak value and voltage frequency are made constant. 電圧波高値、電圧周波数および電圧波形を一定とし、電圧を断続的に印加してデューティ比を変化させたときの速度分布の最大値を示す図。The figure which shows the maximum value of speed distribution when a voltage peak value, a voltage frequency, and a voltage waveform are made constant, and a duty ratio is changed by applying a voltage intermittently. トランスを有する高圧電源を本発明に係る気流発生装置に用いたときの放電の電流電圧波形を示す図。The figure which shows the current voltage waveform of discharge when the high voltage power supply which has a transformer is used for the airflow generator which concerns on this invention. 電極の幅L1と誘電体の厚さt3の比L1/t3と、エネルギ変換効率との関係を示す図。The figure which shows the relationship between ratio L1 / t3 of electrode width L1 and dielectric thickness t3, and energy conversion efficiency. 比誘電率εと誘電体20の厚さt3との比ε/t3と、エネルギ変換効率との関係を示す図。The figure which shows the relationship between ratio (epsilon) / t3 of the dielectric constant (epsilon) and the thickness t3 of the dielectric material 20, and energy conversion efficiency.

符号の説明Explanation of symbols

10…気流発生装置、20…誘電体、21、22…電極、23…ケーブル、24…放電用電源、30…陰極向けストリーマ、31…陽極向けストリーマ、35…気流。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Airflow generator, 20 ... Dielectric, 21, 22 ... Electrode, 23 ... Cable, 24 ... Power supply for discharge, 30 ... Streamer for cathode, 31 ... Streamer for anode, 35 ... Airflow.

Claims (1)

固体からなる誘電体を介して配置された第1の電極と第2の電極との間に電圧を印加して放電させることにより気流を発生させる気流発生ユニットを翼面の所定の位置に備え、揚力を発生する翼であって、An airflow generating unit that generates an airflow by applying a voltage between the first electrode and the second electrode disposed via a solid dielectric and discharging the electrode is provided at a predetermined position on the blade surface, A wing that generates lift,
前記誘電体が、ブロック状の誘電体ブロックで構成され、The dielectric is composed of a block-shaped dielectric block,
前記第1の電極が、前記誘電体ブロックの一方の表面から露出して設けられ、または前記誘電体ブロックに埋設され、The first electrode is provided exposed from one surface of the dielectric block, or embedded in the dielectric block;
前記第2の電極が、前記第1の電極から前記誘電体ブロックの表面と水平な方向にずらして前記第1の電極と離間され、かつ前記誘電体ブロックに埋設され、The second electrode is shifted from the first electrode in a direction horizontal to the surface of the dielectric block, is separated from the first electrode, and is embedded in the dielectric block;
前記第1の電極の、気流を発生させる方向の幅Lと、前記誘電体ブロックの、気流を発生させる方向と直交する厚さtとの比(L/t)が2以下であることを特徴とする翼。The ratio (L / t) between the width L of the first electrode in the direction of generating an air flow and the thickness t of the dielectric block perpendicular to the direction of generating the air flow is 2 or less. Wings to be.
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