RU2384465C1 - Method for boundary layer control at aircraft surface and device for its implementation - Google Patents
Method for boundary layer control at aircraft surface and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2384465C1 RU2384465C1 RU2008131129/11A RU2008131129A RU2384465C1 RU 2384465 C1 RU2384465 C1 RU 2384465C1 RU 2008131129/11 A RU2008131129/11 A RU 2008131129/11A RU 2008131129 A RU2008131129 A RU 2008131129A RU 2384465 C1 RU2384465 C1 RU 2384465C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boundary layer
- tubes
- flow
- impact
- aircraft
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для решения задач управления пограничным слоем летательных аппаратов.The invention relates to aircraft and can be used to solve problems of controlling the boundary layer of aircraft.
Известны различные способы активного управления пограничным течением, такие как механическое воздействие обтекаемой поверхности на пограничный слой, а также тепловое, акустическое и электромагнитное воздействие.Various methods are known for actively controlling the boundary flow, such as the mechanical effect of a streamlined surface on the boundary layer, as well as thermal, acoustic, and electromagnetic effects.
Например, в патенте США №4516747 (опубл. 14.05.1985) предлагается способ активного управления течением с помощью системы вибрационный элемент - чувствительный элемент, вмонтированных в поверхность обтекаемого тела. Чередующиеся вибрационные и чувствительные элементы подключены к системе управления, осуществляющей анализ сигналов с чувствительных элементов и корректирующей сигналы на вибрационные элементы.For example, in US patent No. 4516747 (publ. 05/14/1985) a method for actively controlling the flow using a system of a vibrating element - a sensitive element mounted on the surface of a streamlined body. Alternating vibrational and sensitive elements are connected to a control system that analyzes signals from the sensitive elements and corrects the signals for vibrational elements.
К недостаткам данной системы можно отнести ограниченный частотный диапазон, определяемый характеристиками как вибрационного элемента, так и датчика.The disadvantages of this system include a limited frequency range, determined by the characteristics of both the vibration element and the sensor.
В патенте США №5791275 (опубл. 11.08.1998) предлагается способ активного управления течением с помощью массивов управляющих элементов, каждый из которых состоит из пары электродов и пары магнитных полюсов, вмонтированных в поверхность летательного аппарата таким образом, что генерируемые электрические и магнитные поля направлены перпендикулярно друг другу. Каждый управляющий элемент содержит датчик турбулентности.In US patent No. 5791275 (publ. 11.08.1998) a method for actively controlling the flow using arrays of control elements, each of which consists of a pair of electrodes and a pair of magnetic poles mounted on the surface of the aircraft in such a way that the generated electric and magnetic fields are directed perpendicular to each other. Each control element contains a turbulence sensor.
К недостаткам данной схемы управления потоком можно отнести то, что такая система предназначена для управления токопроводящим потоком жидкости.The disadvantages of this flow control scheme include the fact that such a system is designed to control the conductive fluid flow.
В международном патенте WO 2006/040532 А1 (опубл. 20.04.2006) предложен способ активного управления пограничным течением с помощью электроактивной полимерной мембраны, имеющей электроды и расположенной на подложке.In the international patent WO 2006/040532 A1 (publ. 04/20/2006) a method for actively controlling the boundary flow using an electroactive polymer membrane having electrodes and located on a substrate is proposed.
К недостаткам данного изобретения можно отнести отсутствие датчика и системы обратной связи с активным управляющим элементом, а так же ограничение частотного диапазона воздействия на поток.The disadvantages of this invention include the lack of a sensor and a feedback system with an active control element, as well as the limitation of the frequency range of the impact on the stream.
В патенте РФ №2243919 (опубл. 20.06.2004) предлагается способ активного воздействия на пограничное течение путем покрытия всей поверхности летательного аппарата пьезокерамическим слоем и электрическим воздействием на него. В некоторых местах поверхности аппарата пьезоэлектрическое покрытие удалено и там установлены датчики параметров турбулентного движения газа.In the patent of the Russian Federation No. 2243919 (published on June 20, 2004), a method is proposed for actively influencing the boundary flow by coating the entire surface of the aircraft with a piezoceramic layer and electrically acting on it. In some places on the surface of the apparatus, the piezoelectric coating is removed and sensors for parameters of turbulent gas motion are installed there.
К недостаткам предлагаемого способа можно отнести ограниченный частотный диапазон воздействия на поток.The disadvantages of the proposed method include a limited frequency range of impact on the stream.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ активного воздействия на пограничный слой около поверхности летательного аппарата, реализуемый устройством, представленным в патенте РФ №2002669 (опубл. 15.11.1990). В нем предлагается после определения положения области перехода пограничного слоя, вводить сигнал возмущения в ламинарной области пограничного слоя, измерять возмущения и характеристики потока в начале области перехода, затем отрегулировать амплитуду сигнала возмущения, измерить возмущения и характеристики потока от начала области перехода до задней кромки обтекаемой поверхности и в соответствии с этими измерениями отрегулировать частоту сигналов возмущений. Возмущения в пограничный слой вводят импульсами.Closest to the claimed invention is a method of actively acting on the boundary layer near the surface of an aircraft, implemented by the device presented in RF patent No. 2002669 (publ. 15.11.1990). It proposes, after determining the position of the transition region of the boundary layer, to introduce a disturbance signal in the laminar region of the boundary layer, measure disturbances and flow characteristics at the beginning of the transition region, then adjust the amplitude of the disturbance signal, measure disturbances and flow characteristics from the beginning of the transition region to the trailing edge of the streamlined surface and according to these measurements, adjust the frequency of the disturbance signals. Perturbations are introduced into the boundary layer by pulses.
К недостаткам данного способа можно отнести ограниченный частотный диапазон воздействия на поток.The disadvantages of this method include the limited frequency range of the impact on the stream.
Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения эффективности управления пограничным слоем и увеличения диапазона частот воздействия на поток.The proposed inventions solve the problem of increasing the efficiency of boundary layer control and increasing the frequency range of the impact on the stream.
Для получения такого технического результата в предлагаемом способе управления пограничным слоем на поверхности летательного аппарата, включающем импульсное воздействие на пограничный слой, регистрацию характеристик потока, регулирование частоты и амплитуды воздействия на пограничный слой в реальном масштабе времени, воздействие на пограничный слой и регистрацию характеристик потока осуществляют элементами, выполненными в виде высокочувствительных нано- или микро-трубок, расположенными на поверхности летательного аппарата. При этом воздействие на пограничный слой ведут в импульсно-периодическом тепловом режиме.To obtain such a technical result in the proposed method for controlling the boundary layer on the surface of an aircraft, including pulsed action on the boundary layer, recording flow characteristics, adjusting the frequency and amplitude of the effect on the boundary layer in real time, acting on the boundary layer and recording the flow characteristics made in the form of highly sensitive nano- or micro-tubes located on the surface of the aircraft. In this case, the effect on the boundary layer is carried out in a pulse-periodic thermal regime.
Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в воздействии на пограничный слой и регистрации характеристик потока, осуществляемом посредством высокочувствительных нано- или микро-трубок, расположенных на поверхности летательного аппарата, причем воздействие на пограничный слой ведут в импульсно-периодическом тепловом режиме. Это позволяет расширить частотный диапазон воздействия на пограничный слой и повысить эффективность управления слоем.Distinctive features of the proposed method are the impact on the boundary layer and registration of flow characteristics by means of highly sensitive nano- or micro-tubes located on the surface of the aircraft, and the impact on the boundary layer is carried out in a pulse-periodic thermal mode. This allows you to expand the frequency range of effects on the boundary layer and increase the efficiency of layer control.
Для достижения названного технического результата предлагается устройство, содержащее элементы воздействия на пограничный слой и регистрации характеристик потока, размещенные на поверхности летательного аппарата, а также систему управления параметрами воздействия на пограничный слой в реальном масштабе времени. В отличие от известного в предлагаемом устройстве элементы воздействия и регистрации характеристик потока выполнены в виде массива высокочувствительных нано- или микро-трубок, расположенных на подложке под углом к потоку в пределах 0≤β≤180°, где β - угол между набегающим потоком и трубками; причем трубки на подложке расположены попарно рядами друг за другом на линии тока, при этом одна из трубок пары является генератором импульсно-периодического теплового воздействия, а другая - датчиком регистрации параметров пограничного слоя.To achieve the above technical result, a device is proposed that contains elements of the impact on the boundary layer and registration of flow characteristics located on the surface of the aircraft, as well as a control system for the parameters of the impact on the boundary layer in real time. In contrast to the known in the proposed device, the elements of influence and registration of the flow characteristics are made in the form of an array of highly sensitive nano- or micro-tubes located on the substrate at an angle to the flow in the range 0≤β≤180 °, where β is the angle between the incident flow and the tubes ; moreover, the tubes on the substrate are arranged in pairs in rows one after another on the streamline, while one of the tubes of the pair is a generator of pulse-periodic heat exposure, and the other is a sensor for recording parameters of the boundary layer.
Главным достоинством предлагаемого изобретения является использование именно нано- или микро-трубок в качестве генераторов и датчиков. Трубки имеют нанометровую толщину токопроводящей стенки. Вследствие чего масса трубки ничтожно мала и во много раз меньше, чем любой нагревательный элемент тех же габаритных размеров. А так как теплоотвод от нагретой трубки происходит только вдоль линии соприкосновения трубки с подложкой и по токоподводящим дорожкам нанометровой толщины, то им можно пренебречь, чего нельзя сделать в случае пленочного нагревательного элемента. Все выше сказанное позволяет вводить в поток тепловые возмущения высокой частоты, которые невозможно ввести в поток иным способом.The main advantage of the invention is the use of nano- or micro-tubes as generators and sensors. The tubes have a nanometer thickness of the conductive wall. As a result, the mass of the tube is negligible and many times less than any heating element of the same overall dimensions. And since the heat removal from the heated tube occurs only along the line of contact of the tube with the substrate and along the current paths of nanometer thickness, it can be neglected, which cannot be done in the case of a film heating element. All of the above makes it possible to introduce high-frequency thermal disturbances into the stream that cannot be introduced into the stream in any other way.
Кроме того, трубки могут быть взаимозаменяемыми и выполнять функцию генератора или датчика, что позволяет изменять область введения возмущений, например вводить возмущения сразу несколькими рядами микро-трубок.In addition, the tubes can be interchangeable and act as a generator or sensor, which allows you to change the area of the disturbance introduction, for example, to introduce disturbances at once by several rows of micro-tubes.
Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.These features are not identified in other technical solutions when studying the level of this technical field and, therefore, the solution is new and has an inventive step.
Предлагаемые изобретения поясняются иллюстрируемыми чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by the illustrated drawings, which depict:
на фиг.1 - схема устройства для осуществления предложенного способа; на фиг.2 - расположение трубок на подложке и ориентация трубок к потоку при β=90° (вид сверху); на фиг.3 - расположение трубок на подложке и ориентация трубок к потоку при β=45° (135°) (вид сверху); на фиг.4 - расположение трубок на подложке и ориентация трубок к потоку при β=0° (180°) (вид сверху).figure 1 - diagram of a device for implementing the proposed method; figure 2 - the location of the tubes on the substrate and the orientation of the tubes to the flow at β = 90 ° (top view); figure 3 - the location of the tubes on the substrate and the orientation of the tubes to the flow at β = 45 ° (135 °) (top view); figure 4 - the location of the tubes on the substrate and the orientation of the tubes to the flow at β = 0 ° (180 °) (top view).
На фиг.1 схематично, в качестве примера, изображены элементы, воздействия и регистрации характеристик потока, выполненные в виде массива высокочувствительных нано- или микро-трубок, расположенных на подложке под углом к потоку β=90°, где β - угол между набегающим потоком и трубками; причем трубки на подложке расположены попарно рядами друг за другом. Размеры трубок (диаметр и длина), их расположение относительно друг друга и относительно набегающего потока определяются решаемой задачей. Диаметр трубок может составлять от 1 до 50 микрометров, длина от 0,1 до 5 миллиметров, а толщина стенки от нескольких десятков нанометров до сотен нанометров. В случае, если толщина стенки не превышает 100 нм, то микро-трубка попадает под определение нанообъекта и может именоваться нанотрубкой. Пара трубок состоит из трубки-генератора 1 и трубки-датчика 2. Трубки закреплены на низкоомных токопроводящих дорожках 3 (на фиг.2, 3 и 4 не показаны) на подложке 4. Расположение трубок на поверхности ЛА определяется геометрией обтекаемой поверхности и решаемой задачей. На фиг.2, 3, 4 показаны варианты расположения трубок на подложке относительно набегающего потока. Главным условием расположения трубок к потоку является то, что трубка-генератор 1 и трубка-датчик 2 должны находиться на линиях тока, которые определяют направление частиц в потоке. Именно таким расположением достигается максимальная точность определения параметров течения при воздействии на него трубкой-генератором. Низкоомные токопроводящие дорожки 3 (фиг.1) выведены от каждой трубки 1 и 2 на боковые края подложки 4, что необходимо для связи с системой управления параметрами воздействия на пограничный слой в реальном масштабе времени (не показано). Используемые нано- и микро-трубки являются сложными трубчатыми элементами (см. фиг 1), состоящими из сжатого слоя 6, растянутого слоя 7 и проводящего слоя 8. Слои 6, 7 и 8 могут быть изготовлены из различных комбинаций аморфных, поликристаллических или монокристаллических металлов, диэлектриков или полупроводников. Возможны варианты, когда трубка формируется только из слоев 6 и 7, которые являются одновременно и проводящими электрический ток. Материал подложки 4 также может быть аморфным, поликристаллическим или монокристаллическим металлом, диэлектриком или полупроводником. В случае токопроводящей подложки 4 необходимо обеспечить электрическую изоляцию, используя в качестве слоя 5 или слоя 6 диэлектрик.Figure 1 schematically, as an example, shows the elements, effects and registration of flow characteristics made in the form of an array of highly sensitive nano or micro tubes located on the substrate at an angle to the flow β = 90 °, where β is the angle between the incident flow and pipes; moreover, the tubes on the substrate are arranged in pairs in rows one after another. The dimensions of the tubes (diameter and length), their location relative to each other and relative to the incoming flow are determined by the problem being solved. The diameter of the tubes can be from 1 to 50 micrometers, the length is from 0.1 to 5 millimeters, and the wall thickness is from several tens of nanometers to hundreds of nanometers. If the wall thickness does not exceed 100 nm, then the micro-tube falls under the definition of a nano-object and can be called a nanotube. A pair of tubes consists of a
Предлагаемый способ реализуется посредством устройства следующим образом.The proposed method is implemented by the device as follows.
Работу устройства для управления пограничным потоком можно рассмотреть на примере элементарной ячейки управления и системы управления параметрами воздействия на пограничный слой. Элементарной ячейкой управления можно считать пару трубок, расположенных одна за другой. Трубкой-датчиком 2 с помощью системы управления в непрерывном режиме определяют возмущения, существующие в потоке. Затем с системы управления на трубку-генератор 1 подается сигнал определенной частоты и интенсивности для ввода в поток теплового импульсно-периодического возмущения. Частота и интенсивность вводимых возмущений подбирается таким образом, чтобы минимизировать возмущения, регистрируемые трубкой-датчиком 2. Поскольку масса микро-трубок ничтожно мала, то нагреваться импульсом тока и охлаждаться набегающим потоком они могут с высокой частотой порядка 500 кГц и выше. Это обстоятельство дает возможность использовать предлагаемую систему не только при дозвуковых скоростях, но и при сверх- и гиперзвуковых скоростях потока, где высокоскоростные процессы, влияющие на переход из ламинарного режима течения в турбулентный, происходят на частотах порядка сотен килогерц.The operation of the device for controlling the boundary flow can be considered using the example of a control unit cell and a control system for the parameters of influence on the boundary layer. An elementary control cell can be considered a pair of tubes located one after another. The tube-
Элементарные ячейки управления объединяются в массивы трубок на подложке 4. Объединенные элементарные ячейки управления представляют собой ряды трубок. В этом случае ряд трубок 1 выступает в качестве генераторов импульсно-периодического теплового воздействия, а другой ряд 2 - в качестве датчиков регистрации параметров течения. Причем в качестве генераторов тепловых возмущений может выступать не только один ряд трубок, но так же и несколько. Таким образом, можно оперировать размером области введения возмущений. Каждая трубка может работать как в режиме генератора 1 тепловых возмущений, так и в режиме датчика 2 параметров потока, а смена режима работы может производиться в реальном масштабе времени системой управления параметрами воздействия на пограничный слой. Это позволяет оперировать местом положения введения возмущений. Поскольку каждая трубка может работать как в режиме генератора 1, так и в режиме датчика 2, то это позволяет вводить тепловые возмущения не только вдоль линии ряда трубок, но и возмущения сложной пространственной формы. Количество трубок и расстояние между торцами трубок может быть произвольным. В случае минимального технологически возможного расстояния между торцами трубок можно говорить о линии трубок. Расстояние между рядами трубок может быть так же произвольным. Минимальное расстояние между рядами трубок определяется шириной токоведущих дорожек 3 и их количеством.The control unit cells are combined into tube arrays on the substrate 4. The combined control unit cells are rows of tubes. In this case, a number of
Таким образом, использование предлагаемых изобретений обеспечивает активное управление пограничным слоем и увеличение диапазона частот воздействия на поток.Thus, the use of the proposed invention provides active control of the boundary layer and an increase in the frequency range of the impact on the stream.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008131129/11A RU2384465C1 (en) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | Method for boundary layer control at aircraft surface and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008131129/11A RU2384465C1 (en) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | Method for boundary layer control at aircraft surface and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008131129A RU2008131129A (en) | 2010-02-10 |
RU2384465C1 true RU2384465C1 (en) | 2010-03-20 |
Family
ID=42123281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008131129/11A RU2384465C1 (en) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | Method for boundary layer control at aircraft surface and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2384465C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2595206C1 (en) * | 2015-06-04 | 2016-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" (ФГУП "НИИСУ") | Device for control of boundary layer on aircraft aerodynamic surface |
-
2008
- 2008-07-28 RU RU2008131129/11A patent/RU2384465C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2595206C1 (en) * | 2015-06-04 | 2016-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" (ФГУП "НИИСУ") | Device for control of boundary layer on aircraft aerodynamic surface |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008131129A (en) | 2010-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rethmel et al. | Flow separation control using nanosecond pulse driven DBD plasma actuators. | |
Rethmel et al. | Flow separation control over an airfoil with nanosecond pulse driven DBD plasma actuators | |
US10124338B2 (en) | Microbubble generator device, systems and method to fabricate | |
Mishra et al. | High-speed and drop-on-demand printing with a pulsed electrohydrodynamic jet | |
Sturzebecher et al. | The surface hot wire as a means of measuring mean and fluctuating wall shear stress | |
JP2020114943A (en) | Thin film manufacturing device and thin film manufacturing method | |
US7521673B2 (en) | Wide range, very high resolution differential mobility analyzer (DMA) | |
EP3037178B1 (en) | Capacitive micromachined ultrasonic transducer and test object information acquiring apparatus including capacitive micromachined ultrasonic transducer | |
CN102313818A (en) | Flexible pressure resistance flow field sensor based on single-wall carbon nanotube array and manufacturing method thereof | |
US8710473B2 (en) | Droplet generation and detection device, and droplet control device | |
RU2384465C1 (en) | Method for boundary layer control at aircraft surface and device for its implementation | |
CN105510636A (en) | Nano-magnetism-electricity-heat multi-parameter coupling in situ detection system and detection method thereof | |
Sato et al. | Development of a flexible dielectric-barrier-discharge plasma actuator fabricated by inkjet printing using silver nanoparticles-based ink | |
Yoshino et al. | Drag reduction of turbulence air channel flow with distributed micro sensors and actuators | |
Barckmann et al. | Dielectric-barrier discharge plasmas for flow control at higher mach numbers | |
Huang et al. | A microactuator system for the study and control of screech in high speed jets | |
Sawant et al. | Microfabricated electrodynamic synthetic jet actuators | |
Tesař et al. | No-moving-part electro/fluidic transducer based on plasma discharge effect | |
Buder et al. | AeroMEMS wall hot-wire sensor arrays on polyimide with through foil vias and bottom side electrical contacts | |
Gildersleeve | Fundamental investigation of the flow around a finite span low aspect ratio pin and its application to flow control | |
Dedrick et al. | Induced flow and optical emission generated by a pulsed 13.56 MHz–5 kHz plasma actuator | |
Seleznev et al. | Tubular micro-and nano-sensors and actuators for aerodynamics | |
Kranz et al. | In situ wafer-level polarization of electret films in MEMS acoustic sensor arrays | |
Coe | Fabrication technology approaches to micromachined synthetic jets | |
Béquin et al. | Corona discharge velocimeter |