JP6993665B2 - Plasma actuator - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマアクチュエータに関する。 The present invention relates to a plasma actuator.

従来、気体が流通する内燃機関の吸気通路内にプラズマアクチュエータを配置し、吸気通路の気体の流れを加速または増速させる技術が知られている。 Conventionally, there is known a technique of arranging a plasma actuator in an intake passage of an internal combustion engine through which gas flows to accelerate or accelerate the flow of gas in the intake passage.

特開2012-180799号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-180799

ここで、内燃機関において燃焼室の燃焼効率を上げるには、混合気が燃焼室内に適切に拡散することが好ましい。
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、噴流を適切に拡散するプラズマアクチュエータを提供することを目的とする。
Here, in order to increase the combustion efficiency of the combustion chamber in the internal combustion engine, it is preferable that the air-fuel mixture appropriately diffuses into the combustion chamber.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma actuator that appropriately diffuses a jet stream.

本発明の一態様は、一対の電極と、前記電極の間に配置される誘電体と、前記電極に電圧を印加する電圧印加装置と、前記電圧印加装置による前記電極への電圧の印加を制御する電圧制御部と、を備え、前記電圧制御部は、前記電極に電圧を印加する第1状態と、前記電極に電圧を印加しない、又は前記第1状態において前記電極に印加する電圧より低い電圧を前記電極に印加する第2状態とを所定の印加周期によって繰り返して前記電極への電圧の印加を制御するものであって、1つの前記印加周期において、前記第1状態の制御を行うことにより誘起流を生じさせる第1印加期間と、前記第1印加期間の後に前記第1印加期間において発生される気流に当該気流どうしの速度差が比較的大きい場合において気流に加わるせん断力によって生じる、当該気流が互いに分離した状態であるせん断が生じない時間だけ前記第2状態の制御を行う第1非印加期間と、前記第1印加期間より短い時間だけ前記第1状態の制御を行う第2印加期間と、前記第2状態の制御を行う第2非印加期間とを繰り返す、プラズマアクチュエータである。 One aspect of the present invention controls a pair of electrodes, a dielectric arranged between the electrodes, a voltage applying device that applies a voltage to the electrodes, and a voltage application to the electrodes by the voltage applying device. A voltage control unit is provided, and the voltage control unit has a first state in which a voltage is applied to the electrode, and a voltage lower than the voltage applied to the electrode in the first state without applying a voltage to the electrode. The second state of applying the voltage to the electrode is repeated in a predetermined application cycle to control the application of the voltage to the electrode, and the first state is controlled in one application cycle. The shearing force applied to the airflow when the speed difference between the airflows is relatively large between the first application period that causes the induced flow and the airflow generated in the first application period after the first application period. The first non-application period in which the second state is controlled only for the time when the airflow is separated from each other and shear does not occur, and the second application period in which the first state is controlled for a time shorter than the first application period. It is a plasma actuator that repeats the second non-application period for controlling the second state.

また、本発明の一態様のプラズマアクチュエータにおいて、前記電圧制御部は、1つの前記印加周期において、前記第1印加期間と、前記第1非印加期間と、前記第2印加期間と、前記第2非印加期間と、前記第2印加期間以下の時間だけ前記第1状態の制御を行う第3印加期間と、前記第2状態の制御を行う第3非印加期間との繰り返しにより、前記電極への電圧の印加を制御する。 Further, in the plasma actuator of one aspect of the present invention, the voltage control unit has the first application period, the first non-application period, the second application period, and the second application period in one application cycle. By repeating the non-application period, the third application period in which the control of the first state is performed for a time equal to or less than the second application period, and the third non-application period in which the control of the second state is performed, to the electrode. Controls the application of voltage.

また、本発明の一態様のプラズマアクチュエータにおいて、前記第1状態の制御を行う期間と、前記第2状態の制御を行う期間とは、前記気流のレイノルズ数が低い場合、前記気流のレイノルズ数が高い場合と比較して、低い周波数によって繰り返される。 Further, in the plasma actuator of one aspect of the present invention, when the Reynolds number of the airflow is low, the Reynolds number of the airflow is the period during which the first state is controlled and the period during which the second state is controlled. It repeats with a lower frequency compared to the higher case.

本発明によれば、噴流を効率よく拡散するプラズマアクチュエータを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a plasma actuator that efficiently diffuses a jet flow.

プラズマアクチュエータの動作原理示す図である。It is a figure which shows the operating principle of a plasma actuator. 本実施形態に係るノズルの形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape of the nozzle which concerns on this embodiment. 図2に示すノズルのC-C方向の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the nozzle shown in FIG. 2 in the CC direction. 本実施形態に係るノズルのプラズマ領域の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the plasma region of the nozzle which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るプラズマアクチュエータの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the plasma actuator which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る電圧の印加周期を示す図である。It is a figure which shows the application cycle of the voltage which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る電圧印加装置の動作の一例を示す流れ図である。It is a flow chart which shows an example of the operation of the voltage application device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るプラズマアクチュエータの制御結果取得環境の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control result acquisition environment of the plasma actuator which concerns on this embodiment. 本実施形態のプラズマアクチュエータによって制御された噴流の流速と、ノズルからの距離との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the flow velocity of the jet flow controlled by the plasma actuator of this embodiment, and the distance from a nozzle. 本実施形態に係る条件1の噴流の画像である。It is an image of the jet of condition 1 according to this embodiment. 本実施形態に係る条件2の噴流の画像である。It is an image of the jet of condition 2 according to this embodiment. 本実施形態に係る条件3の噴流の画像である。It is an image of a jet of condition 3 according to this embodiment. 本実施形態に係る条件4の噴流の画像である。It is an image of a jet of condition 4 according to this embodiment.

[実施形態]
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[プラズマアクチュエータの原理]
まず、図を参照してプラズマアクチュエータの動作原理について説明する。
図1は、プラズマアクチュエータの動作原理示す図である。
プラズマアクチュエータは、一対の電極11(内側電極11-1と、外側電極11-2)と、誘電体12と、電圧印加装置20とを備える。内側電極11-1と、外側電極11-2との間には、誘電体12が配置される。換言すると、誘電体12は、内側電極11-1と、外側電極11-2とに挟まれる位置に配置される。
[Principle of plasma actuator]
First, the operating principle of the plasma actuator will be described with reference to the figure.
FIG. 1 is a diagram showing an operating principle of a plasma actuator.
The plasma actuator includes a pair of electrodes 11 (inner electrode 11-1 and outer electrode 11-2), a dielectric 12, and a voltage applying device 20. A dielectric 12 is arranged between the inner electrode 11-1 and the outer electrode 11-2. In other words, the dielectric 12 is arranged at a position sandwiched between the inner electrode 11-1 and the outer electrode 11-2.

また、以降の説明において、プラズマアクチュエータの各部構成を説明する際、XYZ直交座標系を用いることがある。このXYZ直交座標系のうち、Y軸は、各部構成の縦方向を示し、X軸は、各部構成の横方向を示し、Z軸は、各部構成の奥行方向を示す。また、以降の説明において、Y軸の正の方向を上、又は上方向と記載し、Y軸の負の方向を下、又は下方向と記載し、X軸の正の方向を右、又は右方向と記載し、X軸の負の方向を左、又は左方向と記載する。 Further, in the following description, the XYZ Cartesian coordinate system may be used when explaining the configuration of each part of the plasma actuator. In this XYZ Cartesian coordinate system, the Y-axis indicates the vertical direction of each part configuration, the X-axis indicates the horizontal direction of each part configuration, and the Z-axis indicates the depth direction of each part configuration. Further, in the following description, the positive direction of the Y-axis is described as upward or upward, the negative direction of the Y-axis is described as downward or downward, and the positive direction of the X-axis is described as right or right. It is described as a direction, and the negative direction of the X-axis is described as left or left direction.

電極11には、電圧印加装置20から電圧が印加される。電圧印加装置20とは、例えば、印加する電圧の強度、交流周波数、電圧印加時間、及び電圧印加周期等を設定可能な安定化電源である。ここで、電圧印加装置20によって電極11に交流高電圧を印加することにより、内側電極11-1と、外側電極11-2との間に誘電体バリア放電(プラズマ)が発生する(図示するプラズマ領域200)。電圧印加装置20が印加する交流高電圧とは、交流周波数が7kHz程度であって、0Vを中心とした+8kVと、-8kVとの16kVのピーク・トゥ・ピーク電圧(図示する電圧Vpp)を印加する。プラズマ領域200では、プラズマによって気体の電離が生じ、正イオンと、負イオンとが発生する。 A voltage is applied to the electrode 11 from the voltage applying device 20. The voltage application device 20 is a regulated power supply capable of setting, for example, the intensity of the applied voltage, the AC frequency, the voltage application time, the voltage application cycle, and the like. Here, by applying an AC high voltage to the electrode 11 by the voltage applying device 20, a dielectric barrier discharge (plasma) is generated between the inner electrode 11-1 and the outer electrode 11-2 (plasma shown in the figure). Region 200). The AC high voltage applied by the voltage application device 20 is an AC frequency of about 7 kHz, and a peak-to-peak voltage of 16 kV (voltage Vpp in the figure) of + 8 kV centered on 0 V and -8 kV is applied. do. In the plasma region 200, plasma causes ionization of a gas, and positive ions and negative ions are generated.

電圧印加装置20によって印加される交流高電圧の1周期のうち、電圧の負勾配変化時は、内側電極11-1から外側電極11-2に向けて電子が放出され、外側電極11-2の上部、つまり誘電体12表面に電子が帯電される。また、電圧の負勾配変化時において負イオンは、電子と同様に外側電極11-2に移動する。また、電圧印加装置20によって印加される交流高電圧の1周期のうち、電圧の正勾配変化時において、電圧の負勾配変化時に誘電体12表面に帯電された電子は、内側電極11-1に移動する。また、電圧の正勾配変化時において、正イオンは、外側電極11-2側に移動する。上述した、電圧の負勾配変化時、及び電圧の正勾配変化時において、正イオン、及び負イオンは、電離されない中性粒子と衝突することにより運動量が移送され、体積力(以下、誘起流250)が生じる。この誘起流250によって、誘電体12の周囲に存在する気流に速度変化が生じる。 During one cycle of the AC high voltage applied by the voltage applying device 20, when the negative gradient of the voltage changes, electrons are emitted from the inner electrode 11-1 toward the outer electrode 11-2, and the outer electrode 11-2 Electrons are charged on the upper surface, that is, on the surface of the dielectric 12. Further, when the negative gradient of the voltage changes, the negative ions move to the outer electrode 11-2 in the same manner as the electrons. Further, in one cycle of the AC high voltage applied by the voltage applying device 20, when the positive gradient of the voltage changes, the electrons charged on the surface of the dielectric 12 when the negative gradient of the voltage changes are sent to the inner electrode 11-1. Moving. Further, when the positive gradient of the voltage changes, the positive ions move to the outer electrode 11-2 side. At the time of the above-mentioned negative gradient change of voltage and the positive gradient change of voltage, the momentum is transferred by the positive ions and the negative ions colliding with the neutral particles that are not ionized, and the body force (hereinafter referred to as the induced flow 250) is transferred. ) Occurs. This induced flow 250 causes a velocity change in the airflow existing around the dielectric 12.

本実施形態のプラズマアクチュエータ1は、電極11が配置される噴流の吹き出し口(以下、ノズル10)と、電圧印加装置20とを備える。プラズマアクチュエータ1は、電圧印加装置20が電極11に印加する電圧を制御することに伴って噴流の流速を制御し、噴流を効率よく拡散する。以下、プラズマアクチュエータ1の具体的な構成について説明する。まず、ノズル10の詳細について説明し、次に電圧印加装置20の詳細について説明する。 The plasma actuator 1 of the present embodiment includes a jet outlet (hereinafter referred to as a nozzle 10) in which an electrode 11 is arranged, and a voltage applying device 20. The plasma actuator 1 controls the flow velocity of the jet as the voltage applying device 20 controls the voltage applied to the electrode 11, and efficiently diffuses the jet. Hereinafter, a specific configuration of the plasma actuator 1 will be described. First, the details of the nozzle 10 will be described, and then the details of the voltage applying device 20 will be described.

[ノズルについて]
以下、図を参照してノズル10の構成について説明する。
図2は、本実施形態に係るノズル10の形状の一例を示す図である。具体的には、図2(a)は、ノズル10を上方から示した図である。また、図2(b)は、ノズル10を下方から示した図である。本実施形態において、ノズル10は、内側電極11-1と、外側電極11-2と、誘電体12とを備える。図2に示す通り、本実施形態の一例では、誘電体12は、円筒部と、当該円筒部の底面に円径外側方向に向かって延在されたつば部とを有する形状である。外側電極11-2は、誘電体12の円筒部の側面に配置される。また、内側電極11-1は、誘電体12のつば部の底面に、円状に配置される。
[About the nozzle]
Hereinafter, the configuration of the nozzle 10 will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the shape of the nozzle 10 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 2A is a view showing the nozzle 10 from above. Further, FIG. 2B is a view showing the nozzle 10 from below. In the present embodiment, the nozzle 10 includes an inner electrode 11-1 and an outer electrode 11-2, and a dielectric 12. As shown in FIG. 2, in an example of the present embodiment, the dielectric 12 has a shape having a cylindrical portion and a brim portion extending toward the outer side of the circular diameter on the bottom surface of the cylindrical portion. The outer electrode 11-2 is arranged on the side surface of the cylindrical portion of the dielectric 12. Further, the inner electrode 11-1 is arranged in a circular shape on the bottom surface of the brim portion of the dielectric 12.

図3は、図2に示すノズル10のC-C方向の断面図である。C-C方向の断面は、誘電体12の円筒部の円中心を通り、Y軸と平行な軸(図示する中心軸AX)を有する面であって、XY平面と平行な面である。
図3に示す通り、誘電体12は、内側電極11-1、及び外側電極11-2に挟まれる位置に配置される。本実施形態の一例では、ノズル10は、つば部を底面として水平面に配置される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the nozzle 10 shown in FIG. 2 in the CC direction. The cross section in the CC direction is a surface that passes through the center of the circle of the cylindrical portion of the dielectric 12 and has an axis parallel to the Y axis (center axis AX shown), and is a surface parallel to the XY plane.
As shown in FIG. 3, the dielectric 12 is arranged at a position sandwiched between the inner electrode 11-1 and the outer electrode 11-2. In one example of the present embodiment, the nozzle 10 is arranged on a horizontal plane with the brim portion as the bottom surface.

図4は、本実施形態に係るノズル10のプラズマ領域200の一例を示す図である。ノズル10には、噴流を供給するコンパレータ(不図示)が当該ノズル10の底面に接続される。ノズル10は、コンパレータから供給される噴流(以下、噴流900)を、ノズル10を介して鉛直方向上方に噴出する。また、電圧印加装置20が電極11に電圧を印加した場合、鉛直方向上方(Y軸の正の方向)に誘起流250が生じる。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the plasma region 200 of the nozzle 10 according to the present embodiment. A comparator (not shown) for supplying a jet is connected to the nozzle 10 on the bottom surface of the nozzle 10. The nozzle 10 ejects a jet flow supplied from the comparator (hereinafter referred to as jet flow 900) through the nozzle 10 in the vertical direction upward. Further, when the voltage applying device 20 applies a voltage to the electrode 11, the induced flow 250 is generated in the upper direction in the vertical direction (positive direction of the Y axis).

[電圧印加装置について]
以下、図を参照して電圧印加装置20の構成について説明する。
図5は、本実施形態に係るプラズマアクチュエータ1の構成の一例を示す図である。
図5に示す通り、ノズル10(電極11)と、電圧印加装置20とは接続される。電圧印加装置20は、電源供給部21と、操作部22と、制御部23と、記憶部25とをその機能部として備える。記憶部25には、印加期間情報25-1が記憶される。印加期間情報25-1とは、電極11に電圧を印加する期間(以下、印加期間)、及び電極11への電圧の印加を停止する期間(以下、非印加期間)を示す情報である。本実施形態の一例では、印加期間情報25-1は、印加期間、及び非印加期間を示す情報と、噴流900の特性やノズル10の口径等を示す環境情報とが対応付けられた情報である。
[About voltage application device]
Hereinafter, the configuration of the voltage applying device 20 will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the plasma actuator 1 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 5, the nozzle 10 (electrode 11) and the voltage applying device 20 are connected. The voltage application device 20 includes a power supply unit 21, an operation unit 22, a control unit 23, and a storage unit 25 as its functional units. The application period information 25-1 is stored in the storage unit 25. The application period information 25-1 is information indicating a period in which a voltage is applied to the electrode 11 (hereinafter, application period) and a period in which voltage application to the electrode 11 is stopped (hereinafter, non-application period). In one example of the present embodiment, the application period information 25-1 is information in which information indicating the application period and the non-application period is associated with environmental information indicating the characteristics of the jet flow 900, the diameter of the nozzle 10, and the like. ..

電源供給部21は、制御部23の制御に基づいて、電極11に交流高電圧を印加する。操作部22には、プラズマアクチュエータ1のユーザ等によって、環境情報が入力される。制御部23は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサが記憶部25に記憶されたプログラムを実行し、電源供給部21を制御する機能部を実現する。制御部23は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。制御部23は、操作部22から環境情報を取得する。制御部23は、操作部22から取得した環境情報に基づいて、当該環境情報が対応付けられた印加期間情報25-1を記憶部25から読み出す。制御部23は、読み出した印加期間情報25-1に基づいて、電源供給部21を制御する。 The power supply unit 21 applies an AC high voltage to the electrode 11 based on the control of the control unit 23. Environmental information is input to the operation unit 22 by the user of the plasma actuator 1 or the like. The control unit 23 realizes a functional unit that controls the power supply unit 21 by executing a program stored in the storage unit 25 by a processor such as a CPU (Central Processing Unit). The control unit 23 may be realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or by cooperation between software and hardware. You may. The control unit 23 acquires environmental information from the operation unit 22. Based on the environmental information acquired from the operation unit 22, the control unit 23 reads the application period information 25-1 associated with the environmental information from the storage unit 25. The control unit 23 controls the power supply unit 21 based on the read application period information 25-1.

[電圧印加周期について]
以下、制御部23の制御に基づいて、電源供給部21が電極11に印加する電圧の詳細について説明する。
図6は、本実施形態に係る電圧の印加周期を示す図である。
図6の縦軸には、電源供給部21が印加する電圧が示され、横軸には、時間が示される。制御部23は、電源供給部21を制御し、印加期間と、非印加期間とを繰り返し、誘起流250を生じさせる。以降の説明において、制御部23の制御に伴い、電源供給部21が印加期間と、非印加期間とを繰り返す周期を、印加周期と記載する。また、印加周期の逆数を印加周波数と記載する。
[About voltage application cycle]
Hereinafter, the details of the voltage applied to the electrode 11 by the power supply unit 21 based on the control of the control unit 23 will be described.
FIG. 6 is a diagram showing a voltage application cycle according to the present embodiment.
The vertical axis of FIG. 6 shows the voltage applied by the power supply unit 21, and the horizontal axis shows the time. The control unit 23 controls the power supply unit 21 and repeats the application period and the non-application period to generate the induced flow 250. In the following description, the cycle in which the power supply unit 21 repeats the application period and the non-application period in accordance with the control of the control unit 23 will be referred to as an application cycle. Further, the reciprocal of the application cycle is described as the application frequency.

本実施形態の一例では、印加期間情報25-1が示す印加周期には、第1印加期間(図示する期間Δt11)、第1非印加期間(図示する期間Δt12)、第2印加期間(図示する期間Δt13)、第2非印加期間(図示する期間Δt14)、第3印加期間(図示する期間Δt15)、及び第3非印加期間(図示する期間Δt16)が、記載の順に含まれる。第1印加期間、第2印加期間、及び第3印加期間は、制御部23の制御に基づいて、電源供給部21が電極11に電圧を印加する期間である。第1非印加期間、第2非印加期間、及び第3非印加期間は、制御部23の制御に基づいて、電源供給部21が電極11への電圧の印加を停止する期間である。 In one example of the present embodiment, the application cycle indicated by the application period information 25-1 includes a first application period (the period Δt11 shown), a first non-application period (the period Δt12 shown), and a second application period (shown). The period Δt13), the second non-application period (shown period Δt14), the third application period (shown period Δt15), and the third non-application period (shown period Δt16) are included in the order described. The first application period, the second application period, and the third application period are periods in which the power supply unit 21 applies a voltage to the electrode 11 based on the control of the control unit 23. The first non-application period, the second non-application period, and the third non-application period are periods during which the power supply unit 21 stops applying the voltage to the electrode 11 under the control of the control unit 23.

ここで、第1印加期間と、第2印加期間、及び第3印加期間とは、電源供給部21が電極11に電圧を印加する期間の長さが異なる。具体的には、第1印加期間と、第2印加期間、及び第3印加期間とでは、第2印加期間、及び第3印加期間の方が短い時間である。
また、第3印加期間は、第2印加期間以下の時間である。
Here, the length of the period in which the power supply unit 21 applies the voltage to the electrode 11 is different between the first application period, the second application period, and the third application period. Specifically, in the first application period, the second application period, and the third application period, the second application period and the third application period are shorter.
The third application period is a time equal to or less than the second application period.

第1非印加期間は、第1印加期間において発生された誘起流250によって流速が変化した噴流900にせん断が生じない時間だけ、電極11への電圧の印加が停止される期間である。第2非印加期間は、第2印加期間において発生された誘起流250によって流速が変化した噴流900にせん断が生じない時間だけ、電極11への電圧の印加が停止される期間である。第3非印加期間は、第3印加期間において発生された誘起流250によって流速が変化した噴流900にせん断が生じない時間だけ、電極11への電圧の印加が停止される期間である。また、第2印加期間、及び第3印加期間は、第1非印加期間より短い時間である。 The first non-application period is a period in which the application of the voltage to the electrode 11 is stopped only for a period in which shear does not occur in the jet 900 whose flow velocity is changed by the induced flow 250 generated in the first application period. The second non-application period is a period in which the application of the voltage to the electrode 11 is stopped only for a time during which shear does not occur in the jet 900 whose flow velocity is changed by the induced flow 250 generated in the second application period. The third non-application period is a period in which the application of the voltage to the electrode 11 is stopped only for a time during which shear does not occur in the jet 900 whose flow velocity is changed by the induced flow 250 generated in the third application period. Further, the second application period and the third application period are shorter than the first non-application period.

電源供給部21は、制御部23の制御に基づいて、0Vを中心としたピーク・トゥ・ピーク電圧(図示する電圧Vpp)の交流高電圧を印加する。本実施形態の一例において、電源供給部21は、例えば、制御部23の制御に基づいて、交流周波数が7kHzであって、0Vを中心とした+8kVと、-8kVとの16kVのピーク・トゥ・ピーク電圧を電極11に印加する。 The power supply unit 21 applies a high AC voltage of a peak-to-peak voltage (voltage Vpp in the figure) centered on 0 V based on the control of the control unit 23. In one example of the present embodiment, the power supply unit 21 has a peak-to-to-peak AC frequency of 7 kHz, + 8 kV centered on 0 V, and -8 kV, for example, based on the control of the control unit 23. A peak voltage is applied to the electrode 11.

上述したように、期間Δt11~期間Δt16は、印加期間情報25-1によって定められる。噴流900のレイノルズ数が2000である場合、印加周期は、例えば、14msec(つまり、印加周波数が、おおよそ周波数70Hz)程度である。また、噴流900のレイノルズ数が2000である場合、期間Δt11は印加周期の39%程度の期間、期間Δt12は印加周期の10%程度の期間、期間Δt13は印加周期の13%程度の期間、期間Δt14は印加周期の6%程度の期間、期間Δt15は印加周期の9%程度の期間、期間Δt16は、印加周期の23%程度の期間である。
また、噴流900のレイノルズ数が5000である場合、印加周期は、例えば、5msec(つまり、印加周波数が、周波数200Hz)程度である。また、噴流900のレイノルズ数が5000である場合、期間Δt11は印加周期の35%程度の期間、期間Δt12は印加周期の11%程度の期間、期間Δt13は印加周期の9%程度の期間、期間Δt14は印加周期の14%程度の期間、期間Δt15は印加周期の9%程度の期間、期間Δt16は印加周期の22%程度の期間である。
As described above, the period Δt11 to the period Δt16 are determined by the application period information 25-1. When the Reynolds number of the jet 900 is 2000, the application period is, for example, about 14 msec (that is, the applied frequency is approximately 70 Hz). When the Reynolds number of the jet 900 is 2000, the period Δt11 is a period of about 39% of the application cycle, the period Δt12 is a period of about 10% of the application cycle, and the period Δt13 is a period of about 13% of the application cycle. Δt14 is a period of about 6% of the application cycle, period Δt15 is a period of about 9% of the application cycle, and period Δt16 is a period of about 23% of the application cycle.
When the Reynolds number of the jet 900 is 5000, the application cycle is, for example, about 5 msec (that is, the applied frequency is a frequency of 200 Hz). When the Reynolds number of the jet 900 is 5000, the period Δt11 is a period of about 35% of the application cycle, the period Δt12 is a period of about 11% of the application cycle, and the period Δt13 is a period of about 9% of the application cycle. Δt14 is a period of about 14% of the application cycle, period Δt15 is a period of about 9% of the application cycle, and period Δt16 is a period of about 22% of the application cycle.

[レイノルズ数と印加周期の相関について]
ここで、噴流900は、レイノルズ数が上がると流速が速くなる。これに伴い、レイノルズ数が上がると、制御部23が制御する印加周期が短く(周波数が高く)なる。また、レイノルズ数が上がると、制御部23が制御する印加周期のうち、非印加期間(この一例では、第1非印加期間、第2非印加期間、及び第3非印加期間)の割合は、長くなる。
[Correlation between Reynolds number and application cycle]
Here, the flow velocity of the jet 900 increases as the Reynolds number increases. Along with this, as the Reynolds number increases, the application cycle controlled by the control unit 23 becomes shorter (frequency becomes higher). Further, when the Reynolds number increases, the ratio of the non-application period (in this example, the first non-application period, the second non-application period, and the third non-application period) in the application cycle controlled by the control unit 23 increases. become longer.

なお、上述では、電源供給部21が電極11に印加する交流高電圧の交流周波数が7kHzである場合について説明したが、これに限られない。電源供給部21が電極11に供給する交流高電圧の交流周波数は、7kHz以外の値であってもよい。ここで、交流周波数は、高い周波数である場合、上述した構成により、正イオン、及び負イオンの移動が活発に生じる。つまり、交流周波数は、高い周波数である場合、誘起流250が生じやすい。したがって、電源供給部21が電極11に印加する交流高電圧の交流周波数は、高い周波数であることが好ましい。 In the above description, the case where the AC frequency of the AC high voltage applied by the power supply unit 21 to the electrode 11 is 7 kHz has been described, but the present invention is not limited to this. The AC frequency of the AC high voltage supplied by the power supply unit 21 to the electrode 11 may be a value other than 7 kHz. Here, when the AC frequency is a high frequency, the movement of positive ions and negative ions actively occurs due to the above-mentioned configuration. That is, when the AC frequency is a high frequency, the induced flow 250 is likely to occur. Therefore, the AC frequency of the AC high voltage applied by the power supply unit 21 to the electrode 11 is preferably a high frequency.

[電圧印加装置の動作について]
以下、図を参照し、電圧印加装置20の動作の詳細について説明する。
図7は、本実施形態に係る電圧印加装置20の動作の一例を示す流れ図である。
制御部23は、操作部22に入力される環境情報を取得する(ステップS110)。制御部23は、取得した環境情報に基づいて、記憶部25から当該環境情報が対応付けられた印加期間情報25-1を読み出す(ステップS120)。制御部23は、読み出した印加期間情報25-1に基づいて、電源供給部21の動作を制御する(ステップS130)。具体的には、制御部23は、読み出した印加期間情報25-1が示す印加期間、非印加期間、及び印加周期に基づいて、電源供給部21の動作を制御する。
[About the operation of the voltage application device]
Hereinafter, the details of the operation of the voltage applying device 20 will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a flow chart showing an example of the operation of the voltage applying device 20 according to the present embodiment.
The control unit 23 acquires the environmental information input to the operation unit 22 (step S110). Based on the acquired environmental information, the control unit 23 reads out the application period information 25-1 associated with the environmental information from the storage unit 25 (step S120). The control unit 23 controls the operation of the power supply unit 21 based on the read application period information 25-1 (step S130). Specifically, the control unit 23 controls the operation of the power supply unit 21 based on the application period, the non-application period, and the application cycle indicated by the read application period information 25-1.

[印加周期が開始期間について]
なお、上述では、印加周期が第1印加期間から始まる場合について説明したが、これに限られない。印加周期は、第1印加期間、第1非印加期間、第2印加期間、第2非印加期間、第3印加期間、及び第3非印加期間の繰り返しの一部を1周期とすれば、いずれの期間から開始されてもよい。例えば、印加周期は、第1非印加期間から開始されてもよく、第2印加期間から開始されてもよく、第2非印加期間から開始されてもよく、第3印加期間から開始されてもよく、第3非印加期間から開始されてもよい。
[About the application cycle start period]
In the above description, the case where the application cycle starts from the first application period has been described, but the present invention is not limited to this. As for the application cycle, if a part of the repetition of the first application period, the first non-application period, the second application period, the second non-application period, the third application period, and the third non-application period is set as one cycle, any of them can be applied. It may start from the period of. For example, the application cycle may be started from the first non-application period, the second application period, the second non-application period, or the third application period. It may be started from the third non-application period.

[印加周期の特徴について]
また、上述では、印加周期には、第3印加期間、及び第3非印加期間が含まれる場合について説明したが、これに限られない。印加周期には、電源供給部21が電極11に電圧を印加する期間であって、長さが異なる期間が少なくとも2つ含まれていればよい。印加周期は、例えば、第1印加期間と、第2印加期間とが含まれていればよく、それに伴い第1非印加期間と、第2非印加期間とが含まれていればよい。また、印加周期には、3つ以上の印加期間が含まれ、かつ印加期間の数に応じた非印加期間が含まれていてもよい。
[Characteristics of application cycle]
Further, in the above description, the case where the application cycle includes the third application period and the third non-application period has been described, but the present invention is not limited to this. The application cycle may include at least two periods in which the power supply unit 21 applies a voltage to the electrode 11 and has different lengths. The application cycle may include, for example, a first application period and a second application period, and may include a first non-application period and a second non-application period accordingly. Further, the application cycle may include three or more application periods and a non-application period according to the number of application periods.

[プラズマアクチュエータの制御結果について]
以下、プラズマアクチュエータ1によって制御された誘起流250(噴流900)の制御結果について説明する。
図8は、本実施形態に係るプラズマアクチュエータ1の制御結果取得環境の一例を示す図である。
図8に示す通り、プラズマアクチュエータ1(ノズル10、及び電圧印加装置20)によって制御された噴流900を確認する際、測定装置40と、撮像装置41と、レーザ装置50と、コンパレータ(以下、コンパレータ90)とが用いられる。本実施形態の一例において、コンパレータ90から供給される噴流900には、トレーサが含まれる。トレーサとは、例えば、直径1マイクロメートル程度のシード粒子(例えば、オンジナオイル)である。レーザ装置50は、ノズル10を介して噴出される噴流900に対してレーザ光を照射する。撮像装置41は、レーザ装置50によってレーザ光が照射された噴流900(トレーサ)を撮像する。測定装置40は、撮像装置41が撮像した噴流900を示す画像に基づいて、当該噴流900の速度を測定する。
[Plasma actuator control results]
Hereinafter, the control result of the induced flow 250 (jet 900) controlled by the plasma actuator 1 will be described.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a control result acquisition environment of the plasma actuator 1 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 8, when confirming the jet flow 900 controlled by the plasma actuator 1 (nozzle 10 and voltage applying device 20), the measuring device 40, the image pickup device 41, the laser device 50, and the comparator (hereinafter referred to as the comparator). 90) and are used. In one example of the present embodiment, the jet 900 supplied from the comparator 90 includes a tracer. The tracer is, for example, seed particles having a diameter of about 1 micrometer (for example, ondina oil). The laser device 50 irradiates the jet light 900 ejected through the nozzle 10 with the laser beam. The image pickup device 41 takes an image of the jet stream 900 (tracer) irradiated with the laser beam by the laser device 50. The measuring device 40 measures the velocity of the jet 900 based on the image showing the jet 900 captured by the image pickup device 41.

図9は、本実施形態のプラズマアクチュエータ1によって制御された噴流900の流速と、ノズル10からの距離との関係を示すグラフである。図9の横軸は、ノズル10の噴出口(ノズル10の上部)からの距離(以下、距離x)と、誘電体12の円筒部の円直径(以下、直径d)との比を示す。具体的には、横軸は、距離xを直径dによって除した値(以下、口径距離比)を示す。本実施形態の一例では、ノズル10の直径dが、10mmである。したがって、横軸の目盛りは、ノズル10の噴出口から5mm~40mmまでを示す。また、図9の縦軸は、距離xを直径dによって除した値が0.5、つまり、ノズル10の噴出口から5mm離れた位置における噴流900の速度(以下、基準速度U0)と、各位置における噴流900の速度(以下、噴流速度U)との比を示す。具体的には、縦軸は、噴流速度Uを基準速度U0で除した値(以下、噴流速度比)を示す。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the flow velocity of the jet flow 900 controlled by the plasma actuator 1 of the present embodiment and the distance from the nozzle 10. The horizontal axis of FIG. 9 shows the ratio between the distance (hereinafter, distance x) of the nozzle 10 from the ejection port (hereinafter, the upper portion of the nozzle 10) and the circular diameter (hereinafter, the diameter d) of the cylindrical portion of the dielectric 12. Specifically, the horizontal axis shows a value obtained by dividing the distance x by the diameter d (hereinafter, the diameter-distance ratio). In one example of this embodiment, the diameter d of the nozzle 10 is 10 mm. Therefore, the scale on the horizontal axis indicates from 5 mm to 40 mm from the ejection port of the nozzle 10. Further, the vertical axis of FIG. 9 shows the value obtained by dividing the distance x by the diameter d as 0.5, that is, the velocity of the jet 900 at a position 5 mm away from the ejection port of the nozzle 10 (hereinafter referred to as the reference velocity U0). The ratio with the velocity of the jet 900 at the position (hereinafter, jet velocity U) is shown. Specifically, the vertical axis shows a value obtained by dividing the jet velocity U by the reference velocity U0 (hereinafter, jet velocity ratio).

また、図9には、波形W1~W4が示される。第1波形W1は、上述した印加周期によって制御部23が電源供給部21を制御した場合(以下、条件1)の噴流速度比と、口径距離比との関係を示す波形である。第2波形W2は、電圧印加装置20が電極11に電圧を印加しなかった場合(以下、条件2)の噴流速度比と、口径距離比との関係を示す波形である。第3波形W3は、電圧印加装置20によって電極11に電圧を印加し続けた場合(以下、条件3)の噴流速度比と、口径距離比との関係を示す波形である。第4波形W4は、印加周期と同じ長さの周期であって、当該周期の50%の期間だけ電極11に電圧を印加し、他の50%の期間だけ電極11に電圧を印加しない場合(以下、条件4)の噴流速度比と、口径距離比との関係を示す波形である。 Further, FIG. 9 shows waveforms W1 to W4. The first waveform W1 is a waveform showing the relationship between the jet velocity ratio and the diameter distance ratio when the control unit 23 controls the power supply unit 21 (hereinafter, condition 1) by the above-mentioned application cycle. The second waveform W2 is a waveform showing the relationship between the jet velocity ratio and the caliber distance ratio when the voltage applying device 20 does not apply a voltage to the electrode 11 (hereinafter, condition 2). The third waveform W3 is a waveform showing the relationship between the jet velocity ratio and the caliber distance ratio when the voltage is continuously applied to the electrode 11 by the voltage applying device 20 (hereinafter, condition 3). The fourth waveform W4 has a cycle having the same length as the application cycle, and the voltage is applied to the electrode 11 only for a period of 50% of the cycle, and the voltage is not applied to the electrode 11 only for the other 50% period ( Hereinafter, it is a waveform showing the relationship between the jet velocity ratio of the condition 4) and the diameter distance ratio.

図9に示す通り、第1波形W1は、ノズル10の噴出口からの距離が40mm(口径距離比が「4」)の位置における噴流速度比が、他の場合より小さい値を示す。換言すると、印加周期によって誘起流250を生じさせた場合(条件1)、ノズル10の噴出口から遠い位置における噴流速度Uが最も遅くなる。また、第2波形W2は、ノズル10の噴出口からの距離が40mmの位置における噴流速度比が、他の場合より大きい値を示す。換言すると、電極11に電圧を印加しなかった場合(条件2)、ノズル10の噴出口から遠い位置における噴流速度Uが最も速くなる。 As shown in FIG. 9, the first waveform W1 shows a value in which the jet velocity ratio at a position where the distance from the nozzle 10 of the nozzle 10 is 40 mm (diameter distance ratio is “4”) is smaller than in other cases. In other words, when the induced flow 250 is generated by the application cycle (condition 1), the jet velocity U at a position far from the nozzle outlet of the nozzle 10 becomes the slowest. Further, the second waveform W2 shows a value in which the jet velocity ratio at a position where the distance from the nozzle 10 of the nozzle 10 is 40 mm is larger than in other cases. In other words, when no voltage is applied to the electrode 11 (condition 2), the jet velocity U at a position far from the nozzle outlet of the nozzle 10 becomes the fastest.

また、第3波形W3、及び第4波形W4は、ノズル10の噴出口からの距離が40mmの位置における噴流速度比が、第1波形W1より大きい値を示し、第2波形W2より小さい値を示す。換言すると、条件3、又は条件4の場合、ノズル10の噴出口から遠い位置における噴流速度Uが、印加周期によって制御した場合よりも速くなり、電圧を印加しなかった場合よりも遅くなる。 Further, in the third waveform W3 and the fourth waveform W4, the jet velocity ratio at the position where the distance from the ejection port of the nozzle 10 is 40 mm shows a value larger than the first waveform W1 and a value smaller than the second waveform W2. show. In other words, in the case of condition 3 or condition 4, the jet velocity U at a position far from the ejection port of the nozzle 10 is faster than when controlled by the application cycle and slower than when no voltage is applied.

図10は、本実施形態に係る条件1の噴流900の画像である。具体的には、電圧印加装置20が印加周期において電極11に電圧を印加、及び停止した際に、撮像装置41が噴流900を撮像した画像である。この場合、図10に示す通り、噴流900には、定期的に渦が生じている。また、ノズル10の噴出口から遠い位置(口径距離比が「4」)において、噴流900が拡散されている。 FIG. 10 is an image of the jet flow 900 under condition 1 according to the present embodiment. Specifically, it is an image in which the image pickup device 41 takes an image of the jet stream 900 when the voltage application device 20 applies a voltage to the electrode 11 and stops in the application cycle. In this case, as shown in FIG. 10, a vortex is periodically generated in the jet 900. Further, the jet stream 900 is diffused at a position far from the nozzle port of the nozzle 10 (diameter distance ratio is “4”).

図11は、本実施形態に係る条件2の噴流900の画像である。具体的には、電圧印加装置20が電極11に電圧を印加しなかった際に、撮像装置41が噴流900を撮像した画像である。この場合、図11に示す通り、噴流900には、定期的に渦が生じているが、ノズル10の噴出口から遠い位置(口径距離比が「4」)においても、噴流900が拡散していない。 FIG. 11 is an image of the jet flow 900 of the condition 2 according to the present embodiment. Specifically, it is an image in which the image pickup device 41 images the jet stream 900 when the voltage application device 20 does not apply a voltage to the electrode 11. In this case, as shown in FIG. 11, vortices are periodically generated in the jet 900, but the jet 900 is diffused even at a position far from the nozzle 10 of the nozzle 10 (diameter distance ratio is “4”). do not have.

図12は、本実施形態に係る条件3の噴流900の画像である。具体的には、電圧印加装置20が電極11に電圧を印加し続けた際に、撮像装置41が噴流900を撮像した画像である。この場合、図12が示す噴流900は、図11が示す噴流900よりも拡散しているが、図10が示す噴流900のように渦が生じていない。このため、図10が示す噴流900よりも、ノズル10の噴出口から遠い位置(口径距離比が「4」)において、噴流900が拡散されていない。 FIG. 12 is an image of the jet flow 900 of the condition 3 according to the present embodiment. Specifically, it is an image in which the image pickup device 41 takes an image of the jet stream 900 when the voltage application device 20 continues to apply a voltage to the electrode 11. In this case, the jet 900 shown in FIG. 12 is more diffuse than the jet 900 shown in FIG. 11, but the vortex is not generated as in the jet 900 shown in FIG. Therefore, the jet 900 is not diffused at a position farther from the jet outlet of the nozzle 10 (diameter distance ratio is “4”) than the jet 900 shown in FIG.

図13は、本実施形態に係る条件4の噴流900の画像である。具体的には、印加周期と同じ長さの周期であって当該周期の50%の期間だけ電極11に電圧を印加し、当該周期の50%の期間、電極11に電圧を印加しない制御をした際に、撮像装置41が噴流900を撮像した画像である。この場合、図13が示す噴流900は、図11が示す噴流900よりも拡散し、かつ図10が示す噴流900のように渦が生じている。しかし、図10が示す噴流900よりも、ノズル10の噴出口から遠い位置(口径距離比が「4」)において、噴流900が拡散されていない。 FIG. 13 is an image of the jet flow 900 of the condition 4 according to the present embodiment. Specifically, the voltage was applied to the electrode 11 only for a period of 50% of the cycle having the same length as the application cycle, and the voltage was not applied to the electrode 11 for a period of 50% of the cycle. At that time, it is an image that the image pickup apparatus 41 imaged the jet stream 900. In this case, the jet 900 shown in FIG. 13 is more diffuse than the jet 900 shown in FIG. 11, and a vortex is generated as in the jet 900 shown in FIG. However, the jet 900 is not diffused at a position farther from the jet outlet of the nozzle 10 (diameter distance ratio is “4”) than the jet 900 shown in FIG.

なお、本実施形態の一例において、制御部23とは、電圧制御部の一例である。
また、本実施形態の一例において、第1印加期間とは、印加期間の一例である。また、第1非印加期間とは、限定非印加期間の一例である。また、第2印加期間、及び第3印加期間とは、短印加期間の一例である。また、第2非印加期間と、第3非印加期間とは、非印加期間の一例である。
In addition, in an example of this embodiment, the control unit 23 is an example of a voltage control unit.
Further, in the example of the present embodiment, the first application period is an example of the application period. The first non-application period is an example of a limited non-application period. The second application period and the third application period are examples of the short application period. The second non-applied period and the third non-applied period are examples of the non-applied period.

また、本実施形態の一例において、制御部23は、第1印加期間、第2印加期間、及び第3印加期間において、第1状態の制御を行う。また、制御部23は、第1非印加期間、第2非印加期間、及び第3非印加期間において、第2状態の制御を行う。ここで、各印加期間において、制御部23の制御に基づいて、電源供給部21が電極11に印加する電圧の電圧値は、それぞれ異なる電圧値であってもよい。 Further, in an example of the present embodiment, the control unit 23 controls the first state in the first application period, the second application period, and the third application period. Further, the control unit 23 controls the second state in the first non-application period, the second non-application period, and the third non-application period. Here, in each application period, the voltage value of the voltage applied to the electrode 11 by the power supply unit 21 based on the control of the control unit 23 may be a different voltage value.

本実施形態の一例では、印加周期に複数の短印加期間(この一例では、第2印加期間、及び第3印加期間)と、印加期間の数に対応する数の非印加期間(この一例では、第2非印加期間、及び第3非印加期間)が含まれる場合について説明したが、これに限られない。印加周期には、少なくとも1つの短印加期間(例えば、第2印加期間)が含まれる構成であってもよい。また、印加周期には、印加周期に対応する数(この場合、1つ)の非印加期間(例えば、第2非印加期間)が含まれる。 In one example of the present embodiment, there are a plurality of short application periods (in this example, a second application period and a third application period) in the application cycle, and a number of non-application periods corresponding to the number of application periods (in this example, the second application period and the third application period). The case where the second non-application period and the third non-application period) are included has been described, but the present invention is not limited to this. The application cycle may include at least one short application period (for example, a second application period). Further, the application cycle includes a number (in this case, one) of non-application periods (for example, a second non-application period) corresponding to the application cycle.

[実施形態のまとめ]
以上説明したように、プラズマアクチュエータ1は、ノズル10と、電圧印加装置20とを備える。電圧印加装置20は、ノズル10に配置される電極11に対して印加周期によって電圧を印加、及び停止することにより、誘起流250を生じさせる。
ここで、ノズル10の噴出口から遠い位置において噴流速度比の値が小さい(例えば、第1波形W1)とは、噴流900の速度が遅くなっていることを示す。噴流900の速度が遅くなる場合、噴流900が拡散していくことを示す。本実施形態のプラズマアクチュエータ1は、電圧印加装置20が印加周期によって誘起流250を生じさせることにより、噴流900を効率的に拡散することができる。
[Summary of embodiments]
As described above, the plasma actuator 1 includes a nozzle 10 and a voltage applying device 20. The voltage application device 20 applies and stops the voltage to the electrode 11 arranged in the nozzle 10 according to the application cycle to generate the induced flow 250.
Here, when the value of the jet velocity ratio is small (for example, the first waveform W1) at a position far from the ejection port of the nozzle 10, it means that the velocity of the jet flow 900 is slowed down. When the velocity of the jet 900 slows down, it indicates that the jet 900 is diffusing. In the plasma actuator 1 of the present embodiment, the jet flow 900 can be efficiently diffused by the voltage application device 20 generating the induced flow 250 according to the application cycle.

また、本実施形態のプラズマアクチュエータ1は、印加周期に応じて誘起流250を生じさせ、第1印加期間によって生じた誘起流250と、第2印加期間によって生じた誘起流250と、第3印加期間によって生じた誘起流250とによって、それぞれ噴流900に渦を生じさせる。また、この渦は、ノズル10の噴出口から遠い位置(例えば、口径距離比が「4」の位置)においてペアリングされる。これにより、本実施形態のプラズマアクチュエータ1は、渦同士がペアリングすることにより、より大きな渦が生成され、効率的に噴流900を拡散することができる。
例えば、本実施形態のプラズマアクチュエータ1を、内燃機関の燃焼室に混合気を拡散させる仕組みに用いることにより、燃焼室内に効率的に混合気を拡散させることができる。
Further, the plasma actuator 1 of the present embodiment generates an induced jet 250 according to the application period, and the induced jet 250 generated by the first application period, the induced jet 250 generated by the second application period, and the third application. The induced flow 250 generated by the period causes a vortex in the jet 900, respectively. Further, this vortex is paired at a position far from the ejection port of the nozzle 10 (for example, a position where the diameter-distance ratio is "4"). As a result, in the plasma actuator 1 of the present embodiment, a larger vortex is generated by pairing the vortices with each other, and the jet flow 900 can be efficiently diffused.
For example, by using the plasma actuator 1 of the present embodiment as a mechanism for diffusing the air-fuel mixture into the combustion chamber of an internal combustion engine, the air-fuel mixture can be efficiently diffused into the combustion chamber.

なお、本実施形態のプラズマアクチュエータ1の制御対象の噴流900が、特定の特徴を有する噴流900である場合、記憶部25には、当該特定の特徴に対応する印加期間情報25-1が記憶される構成であってもよい。また、この場合、電圧印加装置20は、操作部22を備えていなくてもよい。 When the jet 900 to be controlled by the plasma actuator 1 of the present embodiment is a jet 900 having a specific feature, the storage unit 25 stores the application period information 25-1 corresponding to the specific feature. May be configured. Further, in this case, the voltage applying device 20 does not have to include the operating unit 22.

また、上述では、誘電体12が円筒部と、当該円筒部の底面に円径外側方向に向かって延在されたつば部とを有する形状である場合について説明したが、これに限られない。プラズマアクチュエータ1は、誘電体12を挟んだ電極11に電圧を印加し、誘起流250を発生させることができれば、いずれの形であってもよい。プラズマアクチュエータ1は、例えば、図1に示す板状の形状であってもよい。 Further, in the above description, the case where the dielectric 12 has a cylindrical portion and a brim portion extending toward the outer side of the circular diameter on the bottom surface of the cylindrical portion has been described, but the present invention is not limited to this. The plasma actuator 1 may have any shape as long as a voltage can be applied to the electrodes 11 sandwiching the dielectric 12 to generate an induced flow 250. The plasma actuator 1 may have, for example, a plate-like shape shown in FIG.

[非印加期間の他の例について]
また、上述では、非印加期間は、制御部23の制御に基づいて、電源供給部21が電極11への電圧の印加を停止する期間である場合について説明したが、これに限られない。非印加期間は、例えば、制御部23の制御に基づいて、電源供給部21が印加期間よりも低い電圧を電極11に印加する期間であってもよい。ここで、電源供給部21が非印加期間に印加する電圧は、プラズマが発生させない、又は誘起流250を生じさせるまでのプラズマが発生しない程度の低電圧である。電源供給部21が非印加期間に印加する低電圧の電圧値は、誘電体12の形状、及び材質に基づく電圧値である。また、電源供給部21が、非印加期間において電極11に電圧を印加する場合、当該電圧の電圧値は、いずれの非印加期間において合致する電圧値であってもよく、非印加期間毎に異なる電圧値であってもよい。
[About other examples of non-application period]
Further, in the above description, the non-application period has been described as a period in which the power supply unit 21 stops applying the voltage to the electrode 11 based on the control of the control unit 23, but the present invention is not limited to this. The non-application period may be, for example, a period in which the power supply unit 21 applies a voltage lower than the application period to the electrode 11 based on the control of the control unit 23. Here, the voltage applied by the power supply unit 21 during the non-application period is such a low voltage that plasma is not generated or plasma is not generated until the induced flow 250 is generated. The low voltage value applied by the power supply unit 21 during the non-application period is a voltage value based on the shape and material of the dielectric 12. Further, when the power supply unit 21 applies a voltage to the electrode 11 during the non-application period, the voltage value of the voltage may be a voltage value that matches in any non-application period, and is different for each non-application period. It may be a voltage value.

なお、上記の各実施形態における電圧印加装置20が備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。 Each part of the voltage application device 20 in each of the above embodiments may be realized by dedicated hardware, or may be realized by a memory and a microprocessor.

なお、電圧印加装置20が備える各部は、メモリおよびCPU(中央演算装置)により構成され、電圧印加装置20が備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。 Each part of the voltage application device 20 is composed of a memory and a CPU (central processing unit), and the function is executed by loading a program for realizing the function of each part of the voltage application device 20 into the memory and executing the program. It may be the one that realizes.

また、電圧印加装置20が備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。 Further, a program for realizing the functions of each part included in the voltage applying device 20 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed to perform processing. You may go. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
Further, the "computer system" includes the homepage providing environment (or display environment) if the WWW system is used.
Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a "computer-readable recording medium" is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. In that case, it also includes those that hold the program for a certain period of time, such as the volatile memory inside the computer system that is the server or client. Further, the above-mentioned program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized by combining the above-mentioned functions with a program already recorded in the computer system.

以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。上述した各実施形態に記載の構成を組み合わせてもよい。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment and may be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention. can. The configurations described in each of the above-described embodiments may be combined.

1…プラズマアクチュエータ、10…ノズル、11…電極、11-1…内側電極、11-2…外側電極、12…誘電体、20…電圧印加装置、21…電源供給部、22…操作部、23…制御部、25…記憶部、25-1…印加期間情報、40…測定装置、41…撮像装置、50…レーザ装置、90…コンパレータ、200…プラズマ領域、250…誘起流、900…噴流 1 ... Plasma actuator, 10 ... Nozzle, 11 ... Electrode, 11-1 ... Inner electrode, 11-2 ... Outer electrode, 12 ... Dielectric, 20 ... Voltage application device, 21 ... Power supply unit, 22 ... Operation unit, 23 ... control unit, 25 ... storage unit, 25-1 ... application period information, 40 ... measuring device, 41 ... imaging device, 50 ... laser device, 90 ... comparator, 200 ... plasma region, 250 ... induced flow, 900 ... jet flow

Claims (3)

一対の電極と、
前記電極の間に配置される誘電体と、
前記電極に電圧を印加する電圧印加装置と、
前記電圧印加装置による前記電極への電圧の印加を制御する電圧制御部と、
を備え、
前記電圧制御部は、
前記電極に電圧を印加する第1状態と、前記電極に電圧を印加しない、又は前記第1状態において前記電極に印加する電圧より低い電圧を前記電極に印加する第2状態とを所定の印加周期によって繰り返して前記電極への電圧の印加を制御するものであって、
1つの前記印加周期において、前記第1状態の制御を行うことにより誘起流を生じさせる第1印加期間と、前記第1印加期間の後に前記第1印加期間において発生される気流に当該気流どうしの速度差が比較的大きい場合において気流に加わるせん断力によって生じる、当該気流が互いに分離した状態であるせん断が生じない時間だけ前記第2状態の制御を行う第1非印加期間と、前記第1印加期間より短い時間だけ前記第1状態の制御を行う第2印加期間と、前記第2状態の制御を行う第2非印加期間とを繰り返す、
プラズマアクチュエータ。
With a pair of electrodes,
The dielectric placed between the electrodes and
A voltage application device that applies voltage to the electrodes, and
A voltage control unit that controls the application of voltage to the electrodes by the voltage application device, and
Equipped with
The voltage control unit
A predetermined application cycle is a first state in which a voltage is applied to the electrode and a second state in which a voltage is not applied to the electrode or a voltage lower than the voltage applied to the electrode in the first state is applied to the electrode. It repeatedly controls the application of voltage to the electrodes.
In one application cycle, the first application period in which the induced flow is generated by controlling the first state, and the air flow generated in the first application period after the first application period are combined with each other. The first non-application period in which the second state is controlled only for the time during which shearing, which is a state in which the airflows are separated from each other, is generated by the shearing force applied to the airflow when the velocity difference is relatively large, and the first application period. The second application period in which the first state is controlled and the second non-application period in which the second state is controlled are repeated for a time shorter than the period.
Plasma actuator.
前記電圧制御部は、
1つの前記印加周期において、前記第1印加期間と、前記第1非印加期間と、前記第2印加期間と、前記第2非印加期間とに加え、前記第2印加期間以下の時間だけ前記第1状態の制御を行う第3印加期間と、前記第2状態の制御を行う第3非印加期間との繰り返しにより、前記電極への電圧の印加を制御する、
請求項に記載のプラズマアクチュエータ。
The voltage control unit
In one application cycle, in addition to the first application period, the first non-application period, the second application period, and the second non-application period, the first application period or less is the time. The application of the voltage to the electrode is controlled by repeating the third application period for controlling the first state and the third non-application period for controlling the second state.
The plasma actuator according to claim 1 .
前記第1状態の制御を行う期間と、前記第2状態の制御を行う期間とは、前記気流のレイノルズ数が低い場合、前記気流のレイノルズ数が高い場合と比較して、低い周波数によって繰り返される
請求項1または請求項のいずれか一項に記載のプラズマアクチュエータ。
The period for controlling the first state and the period for controlling the second state are repeated at a lower frequency when the Reynolds number of the airflow is low and as compared with the case where the Reynolds number of the airflow is high. The plasma actuator according to any one of claims 1 and 2 .
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008293925A (en) 2007-05-28 2008-12-04 Toshiba Corp Inner-tube flow control method, tube channel element, fluid apparatus, and fluid apparatus system
JP2009511360A (en) 2005-10-17 2009-03-19 ベル ヘリコプター テクストロン インコーポレイテッド Plasma actuator for reducing resistance to wings, nacelles and / or fuselage of vertical take-off and landing aircraft
JP2012180799A (en) 2011-03-02 2012-09-20 Nissan Motor Co Ltd Gas flow control device of internal combustion engine
JP2013131488A (en) 2011-11-22 2013-07-04 Nihon Univ Coaxial dbd plasma actuator and jet flow controller
WO2014115707A1 (en) 2013-01-22 2014-07-31 イマジニアリング株式会社 Plasma generating device, and internal combustion engine
JP2016076350A (en) 2014-10-03 2016-05-12 国立研究開発法人海上技術安全研究所 Flow rectification device employing plasma actuator, catalyst processor and heat exchange device
JP2016138468A (en) 2015-01-26 2016-08-04 トヨタ自動車株式会社 Air current control device for internal combustion engine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009511360A (en) 2005-10-17 2009-03-19 ベル ヘリコプター テクストロン インコーポレイテッド Plasma actuator for reducing resistance to wings, nacelles and / or fuselage of vertical take-off and landing aircraft
JP2008293925A (en) 2007-05-28 2008-12-04 Toshiba Corp Inner-tube flow control method, tube channel element, fluid apparatus, and fluid apparatus system
JP2012180799A (en) 2011-03-02 2012-09-20 Nissan Motor Co Ltd Gas flow control device of internal combustion engine
JP2013131488A (en) 2011-11-22 2013-07-04 Nihon Univ Coaxial dbd plasma actuator and jet flow controller
WO2014115707A1 (en) 2013-01-22 2014-07-31 イマジニアリング株式会社 Plasma generating device, and internal combustion engine
JP2016076350A (en) 2014-10-03 2016-05-12 国立研究開発法人海上技術安全研究所 Flow rectification device employing plasma actuator, catalyst processor and heat exchange device
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