JP5483830B2 - キャビティ上の気流を制御する方法および流れ制御システム - Google Patents

Description

関連出願への相互参照
本願は、一般主題において、両方とも２００７年５月２５日に同時出願された米国出願連続番号第１１／７５３，８５７号（ボーイング社事件０７−０４５６号）および米国出願連続番号第１１／７５３，８７６号（ボーイング社事件０６−０４３８号）に関する。

本開示はまた、一般主題において、４／１２／０６に出願されてボーイング社に譲受された米国出願連続番号第１１／４０３，２５２号に関する。

前述の出願はすべて、引用によって本開示に援用される。
分野
本開示はプラズマアクチュエータに関し、より特定的には、兵器格納部の上の境界層流を修正することによって、移動プラットフォームの兵器格納部ドアが開いたときの高速移動プラットフォームの兵器格納部の音響効果を改良し、また兵器格納部から放出されている兵器の分離を向上させるための、１つ以上のプラズマアクチュエータを利用するシステムおよび方法に関する。

背景
この章における説明は本開示に関する背景情報を与えるのみであり、先行技術を構成するものではない。

たとえばジェットエンジン駆動の軍用機などの空中移動プラットフォームは、現代の多くの性能要件に応じるために、しばしばさまざまな高度に統合されたプラットフォーム構成を有する。これらの構成は、典型的には航空機の胴体の腹部に位置する内部兵器格納部を含み得る。兵器格納部内に保管された兵器が航空機から放出されようとするとき、典型的には、蝶番で支持された１枚のドア、または蝶番で支持された１対の格納部のドアが開かれ、次いで兵器が放出される。しかしながら、兵器が兵器格納部から放出されるときには多くのジェット機は高速で動作しており、格納部のドアが開かれると、兵器格納部上の剪断層気流が兵器の放出に伴って高レベルの音響と困難性を生じる。実際、兵器格納部に対して動く剪断層の時間依存する剥離が兵器格納部の前縁に生じ、それにより、高い音響ノイズおよび負荷を生じる。これを複雑にしているのは、既存の兵器が典型的には最大条件について認定されており、それが航空機の内部兵器格納部からの配備に十分ではないことである。兵器の修正または再認定は、典型的には選択肢とはならない。

伝統的には、兵器格納部の内部で生じる高レベルの音響に受動的に対応し、かつ兵器の分離特性を向上させるために、流れスポイラが航空機胴体の兵器格納部の外部かつ上流に位置している。このスポイラは接近する気流を「偏向する」よう動作し、加えて、胴体の開口部に隣接する格納部の振動圧力波の強度を「損ない（spoil）」かつ減じる。この受動的な手法は通常、飛行範囲の限定された部分内での（すなわち航空機について予め定められた速度での）実行に最適な性能に限定される。機械的な流れスポイラは、典型的には機械的リンク機構ならびに電気機械式および／または油圧式アクチュエータを必要とし、それらのすべては、飛行体に著しい重量、複雑さ、およびライフサイクルコストを付加しかねない。

概要
本開示は、移動プラットフォームのキャビティに隣接する気流の経路を修正するために、移動プラットフォームのキャビティの（プラットフォーム上の気流の自由流れに対して）上流の表面上に配置された少なくとも１つのプラズマアクチュエータを利用するシステムおよび方法に関する。このシステムは、いかなる形状の開口部、キャビティに関連するいかなる形状の移動プラットフォーム、または移動プラットフォームの上を動く自由流の流れを偏向することが望まれるいかなる場所にも潜在的に用いられ得る。このシステムは、兵器格納部ドアが開いた航空機の兵器格納部内の音響振動圧力波を減じるために気流の自由流れを修正するように、軍用機に関連して特に実用的であると予想される。

１つの実施例では、航空機の兵器格納部の上流縁部の上流にプラズマアクチュエータが配置される。プラズマアクチュエータの電気信号による励起は、アクチュエータの上を動く気流の自由流れの境界層における空気分子のイオン化を引起す。これはまた、結果としてアクチュエータに隣接して生成される電界を生じ、これがイオン化された空気に作用して気流の自由流れの方向に対して上流に向けられる誘導流を形成する。これが次に気流の自由流れを兵器格納部の反対向きに偏向する。偏向された気流の自由流れは、兵器格納部を通過して兵器格納部に向かって曲がる剪断層から生じ得る音響振動圧力波を著しく減じるのを助ける。音響振動圧力波の減少は兵器格納部における音響レベルを減じ、かつ兵器格納部から放出されている武器または軍需品の分離特性を向上させることを助ける。

本願明細書に記載された図面は例示のみを目的とし、いかなる意味でも本開示の範囲を制限するようには意図されない。

詳細な説明
以下の説明は本質において単に例示的であって、本開示、用途または使用を限定するようには意図されない。

図１を参照して、移動プラットフォーム１２の翼１４の上に用いられる流れ制御システム１０が示される。この例において、移動プラットフォーム１２は航空機であり、以下の説明の全体にわたって便宜上「航空機１２」として参照される。しかしながら、本開示の教示が、商用機や軍用機などの翼を利用する空中移動プラットフォームと共に使用するためのみに限定されず、無人飛行体（ＵＡＶ）、ミサイル、回転翼機、陸上車、および高速艦船にさえにも容易に適用可能であることがすぐに認識される。

図１では、システム１０は、翼１４のコアンダ表面（Coanda surface）１８に沿い離間された複数のプラズマアクチュエータ１６を利用する。４つのプラズマアクチュエータ１６しか示されないが、具体的な用途の必要性を満たすためにより多く、またはより少ない複数のプラズマアクチュエータが利用され得る。この例において、２つのプラズマアクチュエータ１６ａ、１６ｂがコアンダ表面１８の上半分に与えられる一方で、２つの追加的なプラズマアクチュエータ１６ｃ、１６ｄがコアンダ表面の下半分に与えられる。コアンダ表面１８が航空機の翼と関連付けられる必要はなく、その代り、いかなる要素、たとえば陸上車のリアスポイラと関連付けられてもよいことが認識される。プラズマアクチュエータが航空機または他の形状の移動プラットフォームの垂直尾翼に組込まれている場合、「上半分」「下半分」と言及する代りに「左舷側の半分」「右舷側の半分」と呼ばれ得ることが認識される。さらに、実際上、多くの用途において、翼１４または他の形状の空力学表面に沿って翼幅方向に複数のアクチュエータ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの各々が離間される必要があることが予想される。この構成の例が図１Ａに示される。プラズマアクチュエータ１６の正確な配置は、具体的な用途に適合するために必要に応じて変えられてもよい。たとえば、プラズマアクチュエータ１６が長軸を翼弦方向に配置され、コヒ
ーレント渦を伴うセパレーション制御（separation control）を容易にするためにアクチュエータの多くが翼幅に沿って配列されるアクチュエータの構成も可能である。

コントローラ２０および高圧交流（ＡＣ）電源２２は、各プラズマアクチュエータ１６と通信可能である。コントローラ２０は、好ましくは約３，０００ＶＡＣから最大約２０，０００ＶＡＣ、またはこれよりさらに高いかもしれない高圧信号の各プラズマアクチュエータ１６への印加を独立して制御する。プラズマアクチュエータ１６のいずれか１つを励起することにより、アクチュエータがコアンダ表面１８の外部表面１８ａに隣接する近辺の空気をイオン化するようにされる。印加されるＡＣ電圧の大きさに正比例する電界もまた形成される。この電界はイオン化された空気に作用して、コアンダ表面上を動くにつれてコアンダ表面１８に向かって境界層を引き寄せる傾向のある励起されたプラズマアクチュエータ１６上の誘導流を生成する。これは、コアンダ表面１８からの境界層の剥離を遅延させることを助ける。

図２を参照して、プラズマアクチュエータ１６ａの１つがさらに詳しく示される。アクチュエータのこの形状も、４／１２／０６に出願されてボーイング社に譲受された同時係属の米国出願連続番号第１１／４０３，２５２号において説明され、本願明細書に引用によって援用される。しかしながら、要するにプラズマアクチュエータ１６ａは誘電材料２８によって分離された第１の電極２４と第２の電極２６とを含む。図２に示されるように、誘電材料２８は電極２４と２６との間に配置される別の層を形成し得る。好ましくは、電極２４および２６は、コアンダ表面１８の外部表面１８ａの滑らかな表面輪郭と干渉しないように凹部に埋め込んで取付けてある。しかしながら、少なくとも第１の電極２４をコアンダ表面に直接取付けることも可能である。コアンダ表面１８に直接取付けた場合、第１の電極２４は典型的には誘電材料２８によって完全には封止されない。プラズマアクチュエータ１６の各々はさらに、第２の電極２６が境界層流の方向に対して第１の電極２４の下流に位置決めされるようにコアンダ表面１８上に配置される。

コントローラ２０と第２の電極２６との間に交流電圧源２２が結合される。交流電源２２と第１の電極２４との間にスイッチ３０が配置される。スイッチ３０は半導体スイッチであってもよく、または適切な電気信号によって始動される電気機械スイッチであってもよい。本質的に、具体的な用途の必要を満たすいかなる形のスイッチが用いられてもよい。

コントローラ２０がスイッチ３０を閉じると、電極２４および２６にわたって加えられた高圧ＡＣ信号（典型的には少なくとも約３，０００ＶＡＣ）は、電極２４および２６の近辺かつコアンダ表面１８の外部表面１８ａの近くに隣接する空気のイオン化を引起す。電極２４と２６との間に電界も形成される。電界はイオン化された空気に作用して外部表面１８ａの近くに隣接する流れ３２を誘導し、流れ３２は第１の電極２４から外部表面１８ａの上、および第２の電極２６の上を動く。誘導流３２は外部表面１８ａに対して境界層を下に引き寄せる役目をし、それがコアンダ表面１８からの境界層剥離の開始を遅延させるのを助ける。

電極２４および２６の構造の特性は、特定の用途の必要性を満たすために相当に異なってもよい。電極２４および２６はいかなる導電材料から形成されてもよい。銅は特に好適な材料の１つである。電極２４および２６は薄いストリップ、恐らくはシート状ストリップとして形成されてもよく、典型的には約０．００１−０．００５インチ（０．０２５４−０．１２７ｍｍ）のオーダの厚さを有し得る。各電極２４および２６の長さおよび幅は具体的な用途に適合するために異ってもよいが、多くの航空機用途では、各電極の寸法は、典型的には長さについて約１−２０インチ（２．５４ｃｍ−５０．０８ｃｍ）、幅について０．１２−０．２０インチ（３−５ｍｍ）のオーダであり得ることが予想される。誘
電材料２８はいかなる適切な誘電材料、たとえばクオーツ、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）誘電材料を含んでもよい。他の誘電材料も使用に適し得、用いられる正確な誘電材料は、具体的な用途の必要によって決定付けられ得る。好ましくは、誘電材料２８は、第１の電極２４と第２の電極２６との間で約０．００５−１．０インチ（０．１２７−２５．４ｍｍ）の厚さの層をそれぞれ与える。

ここで図３−図６を参照して、プラズマアクチュエータ１６のさまざまな１つを選択的に励起することによって与えられる境界層流に対する影響が説明される。図３をまず参照して、プラズマアクチュエータ１６（見えない）のいずれもが励起されない場合のコアンダ表面１８の上を動く上面の流線３６および下面の流線３８が示される。この図では、システム１０によって誘導された揚力係数の増分（ΔＣ_L）は、システムによって引起されたピッチングモーメント係数の増分（ΔＣ_M）と等しく、両方とも０である。

図４では、コアンダ表面１８の上半分のアクチュエータ１６ａおよび１６ｂは励起されていない一方、下半分のプラズマアクチュエータ１６ｃおよび１６ｄが励起されている。これは、矢印４０に従って導かれる負の揚力係数（−ΔＣ_L）および正のピッチングモーメント（＋ΔＣ_M）を形成する。流線４２は、アクチュエータ１６ｃおよび１６ｄがコアンダ表面１８からの境界層流の剥離を変えるために境界層流を僅かに修正した様子を示す。流線３６の部分３６ａが図３に見えるものよりも僅かに上昇していることに注意されたい。

図５を参照して、プラズマアクチュエータ１６ｃおよび１６ｄが励起されない一方で、アクチュエータ１６ａおよび１６ｂが励起される。これは正の揚力係数（＋ΔＣ_L）および負のピッチングモーメント（−ΔＣ_M）を形成する（流線矢印４６によって表示される）。流線４２は、プラズマアクチュエータ１６ａおよび１６ｂが境界層剥離の開始を遅延させたことを示し、流線３６ａおよび３８ａは僅かに下向きに導かれるよう修正された。

図６は、すべてのプラズマアクチュエータ１６が励起された場合の流れの効果を示す。この例においては伴流剥離が減じられ、それにより翼１４上の抗力が減少するが、ピッチングモーメントまたは揚力を変更することはない。

システム１０には、商用機および軍用機、無人飛行体（ＵＡＶ）およびミサイルを含む多数の用途がある。車やトラックなどの自動陸上車のさまざまな空力学表面上にも利益が実現されるであろう。

システム１０は、非対称な抗力の発生により無尾翼機についてヒンジレスのヨー制御を与える。非対称な抗力は、循環制御翼の伴流における剥離を制御することにより、または、揚力もしくはピッチングモーメントの変化を伴わずに増大した誘導抗力を生成する正および負の循環インクリメント間の翼幅方向の変更を誘導することにより、生成される。

システム１０は、空力学的および構造的効率を増加させるためのヒンジレスの空力学的制御を可能にする。翼のエレボン縁部、ヒンジ線ギャップおよび同様の空力学表面を除去することによって空力学的効率が向上する。トルクボックスのサイズを増加させることにより構造効率が向上し、たとえば重量を減じ、機械的始動重量および複雑さをなくし、かつ燃料などのための翼内部容積を増加させる。

システム１０は、航空機（特に非常に複雑なマルチ要素フラップを有する商用輸送機）のための高揚力システムを単純化することができ、コスト、重量および複雑さを減じつつ低速性能を増加させる。システム１０は潜在的に商用航空機のラダーまたはエレベータのトリムタブを置換するよう用いることができ、主操縦面上の第２の移動面の機械的複雑さ
をなくす。システム１０は、フラップエフェクタの機械的運動ではなく自由流体流の対流速度によってのみ限定されているので、システム１０の使用により従来の移動面エフェクタよりも高い制御率（高帯域コントローラ）を生成し得る。これにより、より極めて不安定な機体の制御が可能になり、機敏性および性能が増大する。本願明細書で説明されるシステム１０は、低コストで複雑さが減じられた翼設計を可能にし、これは特に、制御作動設置の困難性のために従来の手法を用いて操縦面を組み込むのが困難な、薄い配備可能な翼（ミサイルまたは小さなＵＡＶ）に有用である。たとえばトレーラベースの抗力を減じるために始動を非活性化することによるセミトレーラのエアブレーキ補助など、またはコアンダ表面がトレーラベースの周囲に沿って設置されるときの下向きの力を誘導することによる牽引制御のように、飛行用でない車両での他の用途が可能である。

システム１０はまた、空中移動プラットフォームの制御のためのさらに（構造的、空力学的な意味で）効率的な制御手段を与える結果、ミッション飛行時間または範囲を増大することが期待される。特に無尾翼機または配備可能な航空機表面を備えた飛行車両については、制御装置を新たに機械化することによって、さらなる設計上の柔軟性も可能になる。全体的な複雑さが減じられるとともに制御作動速度の増大も実現され得る。

図７を参照して、翼１４のコアンダ表面１８に組込まれた複数のデュアルモードプラズマアクチュエータ１０２を利用する、本開示の別のシステム１００が示される。このシステム１００は、デュアルモードアクチュエータ１０２の使用以外は図１および図１Ａのシステム１０と同一である。デュアルモードプラズマアクチュエータ１０２は、同時係属出願連続番号＿（ボーイング社事件番号０６−０４３８；ＨＤＰ事件番号７７８４−００１０６１）に詳細に説明されており、引用によって本願に援用される。この例において、１対のデュアルモードプラズマアクチュエータ１０２ａおよび１０２ｂが翼１４のコアンダ表面１８の上半分に配置される。アクチュエータ１０２ｃおよび１０２ｄの第２の対は下半分に配置される。図１に関して記載されたシステム１０のように、複数のデュアルモードプラズマアクチュエータ１０２がコアンダ表面１８に沿って翼幅方向に離間されてもよい。採用されるデュアルモードプラズマアクチュエータ１０２の正確な数、間隔および構成は、具体的な用途の必要性を満たすように異なる。

図８および図９を参照して、デュアルモードプラズマアクチュエータ１０２はプラズマアクチュエータ１６と同様であるが、２つの電極ではなく３つの電極１０４、１０６および１０８を含む。２つのスイッチ１１０および１１２は、ＡＣ電源２２が第１の電極１０４および第２の電極１０８の対にわたって、または第２の電極１０６および第３の電極１０８の対の間のいずれかに与えられることを可能にする。第３の電極１０８は適切な誘電材料層１０９によって分離されるか、または適切な誘電材料で包まれている。

スイッチ１１０を閉じてスイッチ１１２を開くことによりＡＣ電源２２からのＡＣ電圧が電極対１０４および１０８にわたって加えられると、プラズマアクチュエータ１０２はアクチュエータ１６について記載されたのと同じ態様で動作する。すなわち誘導流体流１１４が形成される（図８）。誘導流１１４の方向はアクチュエータ１０２の上を流れる境界層流の方向と同じである。プラズマアクチュエータ１６の場合のように、誘導流体流１１４は、コアンダ表面１８からの境界層流の剥離を防ぐのを助けるように境界層流に作用する。しかしながら、電極対１０６および１０８がスイッチ１１２を閉じてスイッチ１１０を開くことにより励起されると、誘導流１１４の方向の反対方向にある誘導流１１６が形成される（図９）。この場合、誘導流１１６は、コアンダ表面の他方の半分上のプラズマアクチュエータと協力して動作すると、コアンダ表面１８の後縁のさらにまわりの境界層の付着を促進することを助ける。

システム１００はさらに高度な流れ制御の柔軟性をもたらす。なぜならば、プラズマア
クチュエータ１０２のうちのさまざまな１つの多様な電極対１０４，１０６，１０８が、さらに著しく境界層流に影響する（すなわち、境界層流の付着または剥離のいずれかをより著しく促進する）よう励起され得るからである。たとえばプラズマアクチュエータ１０２のいくつか、たとえばコアンダ表面１８の上半分に配置されたアクチュエータ１０２のいくつかは誘導流１１４を形成するよう（境界層付着の促進のため）励起されることができ、一方でコアンダ表面１８の下半分に配置された他のアクチュエータ１０２は誘導流１１６を生成するために（コアンダ表面１８のまわりの流れの回転の増強のため）励起されることができる。この具体的な例における全体的結果は、コアンダ表面１８のまわりに後縁よどみ点をさらに相当に動かすためにプラズマアクチュエータ１０２のすべてが働くことである。コントローラ２０は、システム１００が採用される表面上の機首上げまたは機首下げモーメントを生成するように、必要に応じてプラズマアクチュエータ１０２の特定の電極対１０４，１０８または１０６，１０８の励起を制御することができる。

したがって、システム１００は、空力学的流れ制御可能性の範囲の一層の強化をもたらす。境界層の剥離および／または付着に対する制御をさらに一層増強するために、たとえばコアンダ表面１８などの表面上にプラズマアクチュエータ１６および１０２のさまざまな組合せが使用可能であり得ることがさらに認識されるべきである。

図１０−図１２を参照して、本開示の別のシステム２００が示される。システム２００は、移動プラットフォーム、たとえば航空機のキャビティの上を通過する剪断層がキャビティから反対向きに偏向されることを可能にする。これは、著しくキャビティ内の音圧レベルを減じる。キャビティが空中移動プラットフォームの兵器格納部である場合、システムは移動プラットフォームからの兵器の分離を著しく向上させる。

特に図１０を参照して、この例において、移動プラットフォームは胴体２０４を有する航空機２０２である。胴体２０４の下表面２０４ａに兵器格納部２０６が設けられている。兵器格納部２０６は１枚以上の可動ドア２０８によって覆われてもよく、この例では１対のドア２０８が示されている。兵器格納部２０６のすぐ上流かつ隣接する部分は参照番号２１０によって規定され、兵器格納部のすぐ下流の部分は参照番号２１２によって表示される。用語「上流」「下流」は、胴体２０４上の気流の自由流れ２１６の方向に対して用いられることが理解される。

図１０および図１１を参照して、システム２００は、胴体２０４の上流部分２１０に沿って下面２０４ａに位置決めされたプラズマアクチュエータ１６の少なくとも１つ、より好ましくは複数のプラズマアクチュエータ１６を利用する。プラズマアクチュエータ１６は、胴体２０４の滑らかな空力学表面を維持するために好ましくは胴体２０４に凹部に埋め込まれて取付けられる。この例におけるプラズマアクチュエータ１６は、長軸が兵器格納部２０６の上流縁部２１４とほぼ平行に配置される。しかしながら、プラズマアクチュエータ１６は、特定の移動プラットフォームの空力学または特定用途の必要性によって決定付けられるように、異なる配向で配置されてもよい。重要なことは、プラズマアクチュエータ１６は、その上方を通る気流の自由流れ２１６に対して図２に示される配向から１８０度で配置されることである。すなわち、第２の電極２６が第１の電極２４の上流に配置されるように構成される。図１０に示されるように、プラズマアクチュエータ１６の２つ以上の列が組込まれてもよい。

さらに図１１を参照すると、航空機２０２は、格納部のドア２０８が開くと気流の自由流れ２１６が兵器格納部２０６上を動く間に形成される剪断層２１８の経路とともに示される。図面を乱すことを避けるため、兵器格納部ドア２０８は図１１に示されていない。

剪断層２１８が概して兵器格納部２０６における静止した空気とバルク気流の自由流れ
２１６との間のインターフェースであることが認識される。兵器格納部２０６における空気は剪断層が発生するためには必ずしも静止している必要はない。バルク気流の自由流れ２１６の特性（速度など）に依存して、剪断層２１８は兵器格納部２０６に入ってもよく、または兵器格納部２０６の後部端部２２０の下流の胴体２０２に当たってもよい。両方の場合において、剪断層２１８は兵器格納部２０６において音響振動圧力波を形成し、それが次に兵器格納部において著しい音響ノイズを引起す。振動波および剪断流の角度はまた、兵器格納部２０６から放出されている軍需品または誘導兵器の分離を妨害することもある。音響ノイズを減じる（かつ兵器分離特性を向上させる）ために、剪断層２１８の衝突点を制御する必要がある。

図１２を参照して、プラズマアクチュエータ１６が励起されると、アクチュエータ上を流れる境界層２２２の空気分子がイオン化される。同時に電極２４および２６の近辺に電界が生成されて、それがイオン化された空気に作用し、上流に（すなわち境界層流２２２の方に）導かれる流れ２２４を誘導する。この誘導流２２４は、兵器格納部２０６の上流縁部２１４において、またはその直前で、境界層２２２の剥離を引起すための機械的なスポイラのように有効に作用する。これは次に、剪断層２１８が兵器格納部の上を動くにつれて剪断層を兵器格納部２０６から反対向きに偏向するのを助ける。これは兵器格納部２０６内の音響振動圧力波の強度を「損ない」、かつ著しく減じるよう動作し、それが次に兵器格納部内の音響レベルを減じる。減じられた振動音圧は、兵器格納部２０６からの軍需品および／または誘導兵器の分離を向上させることを助ける。

システム２００の性能は、ＡＣ電源２２からアクチュエータ１６へのパルスＡＣ電圧信号の負荷サイクルの制御によりさらに向上し得る。システム２００の電力効率も同様に向上し得る。プラズマアクチュエータ１６に適用されたパルスＡＣ電圧信号の負荷サイクルの制御は、システム２００が、典型的には表面に取付けられた吸収／噴出空気噴流ポートを用いる、以前に開発されたアクティブ流れ制御（ＡＦＣ）装置と同様の態様で機能するのを可能にすることができる。したがって、一定の兵器および取出しシステムについて、従来のスポイラまたは他のＡＦＣ装置と比較して、より広い飛行範囲にわたって兵器格納部２０６の近辺の流れの調整が達成でき、かつ著しく少ない複雑さおよび重量で達成され得る。これはまた、従来の機械的スポイラおよびＡＦＣシステムでの典型的な経験に比して、結果として向上したライフサイクルコストを生じ得る。

ＡＣ電圧出力信号は、直前に記載されたパルスシステムを用いるか、または必要に応じてＡＣ電源２２からのＡＣ出力信号を変えるだけのアナログ制御システムを用いて、気流の自由流れ２１６の偏向の量を変えるよう制御され得る。誘導される偏向量はまた、自由流２１６が胴体２０４に再び付着する点を制御するためにも用いることができる。

システム２００が兵器格納部に隣接する剥離層を修正するために使用されるように記載されたが、システム２００が移動プラットフォーム上のいかなる形状キャビティまたは開口部に隣接する自由流の制御にも容易に適用可能であることが認識される。本質的に、システム２００は、機械的スポイラまたは従来のＡＦＣシステムが望まれるようなすべての用途において潜在的に使用可能である。システム２００は航空機および航空宇宙用途において特に価値がある一方、システム２００はいかなる移動プラットフォーム、たとえば回転翼機、無人飛行体、高速陸上車、高速艦船にさえ用いることができる。システム２００は、本質的に、車両の開口部、キャビティまたは他の要素に隣接する自由流流れを制御する必要があるような、いかなる形の車両に関連する用途をも有し得る。

さまざまな実施例が記載されたが、当業者は本開示から逸脱することなくなされ得る修正または変形を認識するであろう。これらの例はさまざまな実施例を示し、本開示を制限するようには意図されない。したがって、この説明および請求項は、適切な先行技術を考
慮して必要となる制限を用いてのみ自由に解釈されるべきである。

システムがコアンダ表面上に位置決めされる複数のプラズマアクチュエータを利用する場合の、航空機の翼のコアンダ表面上に採用されている飛行操縦系統の１つの例示的な実施例の側面図である。 図１に示される複数の離間した列のプラズマアクチュエータを利用する図１の翼の部分の斜視図を示す。 図１に示されるプラズマアクチュエータの１つの拡大側面図である。 プラズマアクチュエータのいずれもが始動していない場合の境界層流の現れ方を示す、図１の翼の側面図である。 図１の翼を示すが、下面のみにおいてプラズマアクチュエータの少なくとも１つが励起されており、結果としてコアンダ表面に沿った境界層流における変化と、翼型のまわりの循環および流線に関連した修正とを伴う（すなわち伴流が上向きに偏向されている）図である。 図１の翼を示すが、上面のみにおいてプラズマアクチュエータの少なくとも１つが励起されており、結果としてコアンダ表面に沿った境界層流における変化と、翼型のまわりの循環および流線に関連した修正とを伴う（すなわち伴流が下向きに偏向されている）図である。 上面および下面の両方の少なくとも１つのアクチュエータが始動している場合の翼を離れる境界層流を示す図１の翼の図である（すなわち、伴流の著しい変化はない）。 複数のデュアルモードプラズマアクチュエータがコアンダ表面上で利用される態様を示す図である。 図７のデュアルモードプラズマアクチュエータの１つをさらに詳しく示し、境界層剥離を遅延させるのを助ける流れを誘導するために第１および第３の電極がＡＣ電源にわたって接続されている図である。 図８のデュアルモードプラズマアクチュエータを示すが、境界層を反対方向に促進するよう働く流れを誘導するために第２および第３の電極がＡＣ電源にわたって接続されている図である。 この例では航空機である移動プラットフォームの下面の平面図であって、航空機の兵器格納部から剪断層を反対向きに偏向する際に用いられる本開示の別の流れ制御システムを示す。 図１０の航空機の胴体の部分の側面図であって、兵器格納部ドアが開いたときの兵器格納部上の気流の経路を示す。 格納部のドアが開いたときに剪断層を兵器格納部から反対向きに偏向するためのプラズマアクチュエータの動作の態様を示す、図１０の航空機の側面図である。

符号の説明

２２ ＡＣ電源、２４,２６ 電極、２８ 誘電材料、３０ スイッチ、２０６ 兵器格納部、２１６ 自由気流、２１８ 剪断層、２２４ 誘導流。

Claims (11)

1. キャビティの近辺の振動圧力波の強度を減じるために移動プラットフォームの本体の前記キャビティの上の気流を制御する方法であって、
   前記移動プラットフォームの表面上に、前記移動プラットフォーム上の気流の方向に対して前記キャビティの上流に、少なくとも１つのプラズマアクチュエータを配置するステップであって、前記プラズマアクチュエータが、誘電材料層に含まれる一対の電極を備え、前記一対の電極のうち第１の電極が露出した電極表面を有し、前記一対の電極のうち第２の電極が前記誘電材料層に完全に埋め込まれ、前記第２の電極が前記第１の電極に対して、気流の方向で上流に位置する、前記ステップと、
   前記プラズマアクチュエータを励起して前記プラズマアクチュエータに隣接した空気のイオン化を引起して、前記表面に沿っていて前記キャビティ上の気流と反対方向の誘導流を生成するために前記プラズマアクチュエータに電気信号を与え、前記キャビティから反対向きの剪断層の偏向を容易にするステップとを含む、方法。
2. 前記キャビティの上流縁部に隣接して複数の前記プラズマアクチュエータを配置するステップと、
   前記複数のプラズマアクチュエータが、前記表面に沿っていて前記キャビティ上の気流と反対方向の、追加の誘導流を発生するように、前記プラズマアクチュエータの各々に前記電気信号を与えるステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記プラズマアクチュエータに電気信号を与えるステップは、前記プラズマアクチュエータに前記電気信号を与えるために前記プラズマアクチュエータに動作可能に関連付けられたスイッチを制御するためのコントローラを用いるステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. スイッチを制御するための前記コントローラを用いるステップは、可変負荷サイクルＡＣ電気信号が前記プラズマアクチュエータに与えられるように前記スイッチを断続的に制御するために前記コントローラを用いるステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記プラズマアクチュエータに電気信号を与えるステップは、前記プラズマアクチュエータに少なくとも約３，０００ボルトの電圧を有する交流（ＡＣ）信号を与えるステップを含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記プラズマアクチュエータに電気信号を与えるステップは、前記プラズマアクチュエータに約３，０００−２０，０００ボルトのＡＣ電圧を加えるステップを含む、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. 移動プラットフォームのキャビティの上の気流を変えるために前記移動プラットフォームに用いる流れ制御システムであって、
   前記移動プラットフォームの外面の上の気流に対して前記キャビティの上流の移動プラットフォームの表面に配置されたプラズマアクチュエータであって、前記プラズマアクチュエータが誘電材料層に含まれる一対の電極を備え、前記一対の電極のうち第１の電極が露出した電極表面を有し、前記一対の電極のうち第２の電極が前記誘電材料層に完全に埋め込まれ、前記第２の電極が前記第１の電極に対して、気流の方向で上流に位置する、前記プラズマアクチュエータと、
   交流（ＡＣ）電圧信号を発生するためのＡＣ電源と、
   前記プラズマアクチュエータを励起するために前記プラズマアクチュエータに前記ＡＣ電圧信号を与えるためのコントローラとを含み、
   前記励起は前記プラズマアクチュエータの近辺の空気のイオン化を引起し、前記表面に沿っていて前記キャビティ上の気流と反対方向の誘導流を生成して、前記誘導流は前記アクチュエータの上の境界層流の剥離および前記アクチュエータの下流の剪断層の、前記キャビティから反対向きの偏向を引起す、システム。
8. 前記コントローラと前記プラズマアクチュエータとの間に配置されたスイッチをさらに含み、前記スイッチは前記プラズマアクチュエータに前記ＡＣ電圧信号を与えることを制御するために前記コントローラによって制御される、請求項７に記載のシステム。
9. 前記コントローラは、前記プラズマアクチュエータに可変負荷サイクルパルスＡＣ電圧信号を与えるために前記スイッチを制御する、請求項８に記載のシステム。
10. 前記プラズマアクチュエータは前記キャビティの上流縁部に隣接して配置される、請求項７ないし９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記キャビティの前記上流縁部に隣接して前記表面上に配置される複数の前記プラズマアクチュエータをさらに含み、前記プラズマアクチュエータの各々は前記コントローラによって与えられた前記ＡＣ電圧信号によって励起される、請求項７ないし１０のいずれか１項に記載のシステム。

Images