等离子流动控制作动器系统和方法技术方案

一种等离子作动器系统和方法，尤其非常适于用在航空运动平台例如航空器上以便方向和／或姿态控制。该系统包括至少一个等离子作动器，其具有安装在航空器表面上的第一和第二电极。第一和第二电极安置的平行所述表面之上的边界层流动路径。第三电极安装在第一和第二电极之间并且从第一和第二电极横向地偏移。高ＡＣ电压信号跨过第一和第三电极施加，其感应在赋能电极之间的流体流动，其有助于延迟边界层的分离。跨过第二和第三电极施加ＡＣ电压导致感生流体流动，其产生影响边界层流动从表面分离的相反效果。多个作动器可以选择性地放置在航空器上的不同位置，并且选择性地赋能以提供对航空器的方向控制和／或姿态控制。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种流动控制系统，更具体地，涉及一种等离子流动控制 系统和方法，其可以选择性地控制以帮助防止边界层流动从运动平台或物 体的表面分离，或者以使得边界层流动从所述表面分离。
技术介绍
本部分的声明仅提供与本公开有关的背景信息，可并不构成现有技术。 为了有空气动力效率，航空运动平台例如航空器和武器(空中运载工具) 典型地必须具有高度集成的构型。这些构型典型地需要将良好的性能和有 用的有效载荷与良好稳定性和控制特征相结合。为了实现该目的，空中运 载工具构型应该具有有效率、有效果和稳健的控制效应器组件。去除传统 的控制面以使得空中运载工具空气动力上更加有效率，在空中运载工具的 稳定性和控制方面带来独特的挑战。对无尾翼和/或无铰链空中运载工具的以前的工作已经证明在提供运载 工具控制，尤其是运载工具的方向控制方面尤其具有挑战性。无铰链或无 尾翼控制的特别的问题是在低到中等攻角时产生方向控制，该角度典型地 在约0-4度之间的范围。当前，用于在低到中等攻角时在空中运载工具上产 生方向控制的大多数空气动力学方法包括使用垂直尾翼或偏转控制面。当垂直尾翼被去除时，在低到中等攻角时提供低方向控制，如果有的话，也 是现有手段的一个限制。重量同样是很多形式的运动平台尤其是航空运动平台例如航空器的一 个重要考虑。当前的空气动力控制系统典型地采用铰链板，其偏转以改变 运动平台的表面之上例如机翼的后边缘之上的边界层流动。应当认识到， 需要采用它们的铰链和相关连接和液压或者机电作动器会给航空器增加明 显的重量，从而增加对于给定飞行或任务所需的燃料，或者降低航空器的 总体有效载荷。专利
技术实现思路
本公开涉及用于运动平台特别是高速航空运动平台例如喷气式航空器 上的等离子作动器系统和方法。该等离子作动器系统形成流动控制设备， 其对于控制运动平台的表面之上的边界层流动是有用的。在一实施例中，提供一种控制运动平台的飞行的方法。该方法包括在 运动平台的表面上布置等离子作动器以使得其在该表面之上的边界层流动 的路径中。控制等离子作动器以呈现第一操作构型，其中等离子作动器以 向着所述表面拖拉边界层并维持边界层流抵着所述表面的方式影响边界层 流动。还可控制作动器以呈现第二操作构型，其中等离子作动器以导致边 界层流动从表面分离的方式影响边界层流动。在一特定实施例中，布置等离子作动器包括布置具有沿着边界层的流 动方向间隔开的第一和第三电极的等离子作动器。第三电极布置在第一和 第二电极之间，并且位于从第 一和第二电极布置的平面横向地偏移的平面 中。介电材料布置在第三电极和第一与第二电极之间。在一实施例中，公开用于控制航空运动平台的飞行的系统。该系统包 括布置在运动平台的表面附近的等离子作动器和用于电性地赋能等离子作 动器的AC电压源。等离子作动器具有布置在运动平台的表面附近以使得其 在所述表面之上的边界层流的路径中的第一电极，和第二电极，其相对于 边界层的流动方向布置在第一电极下游的表面附近。第三电极由介电材料 从第 一和第二电极间隔开，并且布置在第 一和第二电极之间和位于从第一和第二电极横向地偏移的平面内。控制器控制AC电压从AC电压源到电极 的施力o以进4亍以下的至少之一 跨过第一和第三电极施加AC电压以使得在第一和第三电极之间的空气电离，其延迟在所述表面上的边界层流动的分离；和互争过第二和第三电才及施加AC电压以-使得在第二和第三电才及之间的空 气电离，其使得在所述表面上的边界层流动分离。在一实施例中，所述系统和方法形成能够选择性地防止边界层流动从 物体的表面分离以及使得边界层流动分离的等离子作动器。附图说明在此所述的图仅仅是为了图解性目的，并不意在以任何方式限制本公 开的范围。图1是根据本公开的一实施例的结合多个等离子作动器的运动平台的 平面视图，其中等离子作动器沿着航空器的机翼的前缘采用。图2是根据图1的线2-2剖开的图1所示的等离子作动器之一的放大横 截面侧视图，示出赋能的作动器以延迟边界层流动在机翼表面上的分离， 并且还以简化的形式示出AC电压源和用以控制作动器的控制器；和图3是图2的等离子作动器的视图，但作动器被控制以使得边界层流 动从才几翼表面分离。具体实施例方式下面的描述在本质上仅4又是示例性的，并不意在限制本公开、应用或 使用。参照图1,示出运动平台，在该例子中，航空器12结合多个等离子作 动器10。在该例子中，等离子作动器10分别布置在航空器12的机翼14a 和14b的前边缘16a和16b附近。但是，应当认识到，等离子作动器10实 质上可用在期望进行运动平台的方向或姿态控制而无需铰链或可移动板的 场合的任何形式的运动平台。其它可能的应用可包括无人航空器、导弹、 旋翼航空器、高速陆上车辆和可能甚至高速海上船只。同样地，尽管等离 子作动器10示出为在航空器12的机翼14a、 14b上，但是其可易于用在沿 着机身，在水平安定面、垂直尾翼、尾锥部或任何其它期望影响航空器之 上的边界层流动的地方上。实践中，在需要对边界层控制的场合，通常期望包括多个沿着一表面的等离子作动器IO，如图l所示。相邻等离子作动器IO之间的间隔，作动 器的尺度和作动器的特定数量将由特定应用的需要确定。参照图2，从侧横截面视图示出等离子作动器IO之一。每个等离子作 动器10包括第一电极18、第二电极20和第三电极22。第二电极20从第 一电极18间隔开。优选地，电极18和20凹陷地安装在机翼14a的表面24 中以佳_得电极18和20的4交上表面18a和20a分别定位成与表面24大致平 齐，并且彼此共面。或者，电极18和20可以安装在表面24的顶部。但是， 电极18和20的凹陷安装将有助于维持机翼14a或其它借助其等离子作动器 IO在其上实现的表面的原来的空气动力轮廓，并降低空气动力阻力。第三电极22安装在第一电极18和第二电极20之间，并大致与第一电 极18和第二电极20纵向成一直线，但布置的以使得其位于从电极18和20 横向地偏移(也就是，立面的下方)。介电材料层25设置在将其分别从第一 电极和第二电极18和20间隔开的第三电极22周围。每一个电极18、 20 和22形成为具有基本矩形的形状，其主(长边)轴安置在垂直于边界层流动 的方向。其它定向也是可能的，取决于特定应用的需要。在实践中，电极18、 20和22可以由任何传导材料形成。铜是尤其适 合的一种材料。电极18、 20和22可以形成为薄带，可能为箔带，并可具 有在约0.001-0.005英寸(0.0254-0.127mm)数量级的典型厚度。每一个电极 18、 20、 22的长度和宽度可根据需要变化以适应特定应用，但是可预见的 是，在很多航空器应用中，每一个电极的长度和宽度，典型地对于每一个 电极18和20，可以为长度在1-20英寸(2.54cm-50.08cm)数量级，宽度为 0.12-0.20英寸(3-5mm)数量级。埋藏电才及22的宽度将典型地宽于电才及22所 利用的，并且典型地在1.0-2.0英寸(2.54cm-5.08cm)数量级，取决于AC电 压源26所供给的操作电压。介电材料层25可以包括任何适当的介电材料， 例如石英、KAPTON⑧或者TEFLON⑧介电材料。其它介电材料例如陶资也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制航空运动平台的飞行的方法，包括：布置等离子作动器在所述运动平台的表面附近以使得位于所述表面之上的边界层流动的路径中；控制所述等离子作动器以呈现第一操作构型，其中所述等离子作动器以延迟所述边界层流动从所述表面分离的方式影响所述边 界层流动；和　控制所述等离子作动器以呈现第二操作构型，其中所述等离子作动器引起所述边界层流动从所述表面分离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特L施威姆利，约瑟夫S西尔基，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]