用于主动空气流控制的等离子体辅助合成射流的制作方法_3

文档序号:8536874阅读:来源:国知局
力表面之 下,因此减少了(或消除了)由其轮廓引起的对空气动力表面的影响。例如,(一个或多个) 顶部壁240可以包括适当尺寸和形状的凹处以接收邻近空气动力表面235的表面电极。为 了保护表面电极免受环境状况的影响,表面电极可以被完全地封罩在(一个或多个)顶部 壁240或空气动力表面235的材料内,或者凹处的尺寸(如深度)可以被选择成进一步包 括在空气动力表面之下的绝缘层268,因而在最小化空气动力表面上的任何轮廓的同时保 护表面电极。
[0033] 如所示出的,绝缘层268仅延伸至孔隙225的横向边缘。然而,在另一些实施例中, 电极255、260中的开口的尺寸可以与孔隙225的尺寸不同;例如,表面电极255可以具有比 孔隙225更大的开口。在这样的实施例中,绝缘层268可以遍于整个表面电极255被形成, 因而完全地屏蔽表面电极255免受周围环境115的影响而不改变孔隙225的尺寸。电极开 口可以具有任意可行的尺寸,该尺寸受产生电离推进的气体所必要的电场或磁场的能力约 束。由于电极255、260大体彼此对齐(即,几乎没有或没有横向偏移),所以在运行期间由 于较大部分的电场线可以被用于电离而可以实现较大的电离效率。
[0034] 电极255、260被连接至具有参数(如,频率和振幅)的电源265,电源265的参数 被选择成:当气体从合成射流装置200被推出进入周围环境115时能够电离这些气体。电 离的、推进的气体可以形成邻近或靠近合成射流装置200的等离子体270,这通常将向空气 动力表面235吸引空气流130。电源265通常是交流(AC)电源并类似于以上描述的电源 220,并且可以被配置为产生任意可行的信号(例如,正弦波、方形波、PWM等)以提供至电 极255、260用于电离推进的气体。
[0035] 在一些实施例中,提供至压电致动的膜片215和电极255、260二者的信号可以是 共同的信号。一种实施例通过使用单个电源(如电源220和如电源265)可以向二者提供 共同的信号。另一种实施例可以提供电源220和265作为独立实体,但是使其相应的输出 同步以便提供在本质上相同的信号。
[0036] 在另一些实施例中,提供至压电致动的膜片215和电极255、260的信号可以不同, 不过可以被选择成提供合成射流装置200的改进的性能。例如,提供至压电致动的膜片215 的信号可以被选择成以特定的容积流率和/或循环频率推动室内气体通过孔隙225。提供 至电极255、260的信号可以被优化地同步于提供至压电致动的膜片215的信号;例如,提供 至电极的信号可以被延迟(即,相移)预定的量,以便在电极255、260处提供的脉冲相互协 调以便随着空气被推进通过孔隙225而电离更大量的空气。换句话说,响应由电源220提 供的信号脉冲,压电致动的膜片215推进一定体积的空气。取代电源265与电源220同时 地发送脉冲,电源265的脉冲可以被选择性地延迟以反映推进的体积物理地到达孔隙225 所需要的时间量。并且通过随着相对较大量的空气到达孔隙225而向电极255、260施加电 离脉冲,可以实现较大的电离效率(即,针对输送至合成射流装置200的功率量,更多的电 离发生)
[0037] 此外,在一些实施例中,电源265可以被配置为仅在被提供至压电致动的膜片215 的信号周期的选定部分期间向电极255、260提供电离脉冲。例如,电源265可以改变其信 号输出以便在压电致动的膜片215沿一个方向摆动并将空气从周围环境115吸入室210内 的阶段期间不电离气体。在这个阶段期间,电源265可以不向电极255、260提供输出信号 (即,零伏特),或者反而可以提供修改的输出信号,或许具有被计算以便不电离被吸入室 210内的任意气体的更小的振幅和/或频率。这可以阻止由在室本身内部形成等离子体所 导致的对合成射流装置的不必要的破坏或磨损,并且可以进一步提高合成射流装置的电离 效率。
[0038] 如上所述,实施例可以提供电源220和265作为单独的电源或作为单个电源。一 个或更多个电源可以被连接至被配置为选择地移位或以其他方式调整被提供至压电致动 的膜片215和电极255、260的信号的同步模块。由同步模块提供的功能可以通过任意可行 的手段被实现,所述手段诸如通过使用硬件部件(专用集成电路或模拟电路)和/或软件。
[0039] 现在参考图2B所描述的一种实施例,其提供了包括与上述其他实施例相同的若 干部件的合成射流装置280。合成射流装置280也包括在封罩室210内连接至壁205的底 部壁285 ;在一种实施例中,底部壁285、壁205以及(一个或多个)顶部壁240可以作为单 个单元被形成。气体源290可以与室210流体连通以提供要被推进和/或电离的一种或更 多种气体。流量控制器295可以被设置在气体源290和室210之间以控制输送至室的气体 流。气体源可以包括针对其电离能力而被选择的一种或更多种气体,如氩气、氦气等等。
[0040] 随着向室210提供的气体例如沿着由箭头297所示的路径接近电离装置250,电离 装置250可以以一种类似于上述的方式电离气体。随着通过使用由电源265和电极255、 260产生的电场或磁场来吸引气体的原子,气体可以被推进通过室210朝向孔隙225,并最 后通过孔隙。在另一实施例中,如在图2C所描述的,合成射流装置298可以使用电离装置 250来推动大气原子而不需要单独的气体源。
[0041] 当然,在所有的实施例中,可以在室210和周围环境115之间存在压力差。例如, 空气流130的速度可以引起周围环境中相对于室内压力具有减小的空气压力。这种压力差 可以被有利地使用以补充由这里所述的各种气体推进装置所提供的推进力,或者在另一些 实施例中,这种压力差可以被用作推进力的唯一来源。
[0042] 实施例可以通过允许合成射流装置200、280、298是可操纵的而实现附加的空气 流控制。例如,(一个或多个)顶部壁240可以由诸如橡胶的柔性材料组成,并且壁205或 底部壁285可以被物理地连接至一个或更多个致动装置,所述致动装置被配置为在空气动 力表面235、壁205和顶部壁之间的物理连接被维持的同时枢转合成射流装置。此外或可替 代地,合成射流装置的壁(即,顶部壁、壁和/或底部壁)可以被适当地成形和/或设置在 空气动力结构内以允许致动装置的操纵运动。致动装置可以包括在离散点或区域处物理地 连接至合成射流装置的或连接至邻近合成射流装置的枢转表面(例如,连接在底部壁285 下方的大体平坦表面)的一个或更多个机电或气动装置。当然,不同的合成射流装置可以 被一起或独立地操纵。
[0043] 此外或可替代地,可以使用邻近或靠近合成射流装置的并且例如被设置在空气动 力结构内并被连接至电源的一个或更多个电磁铁,来实现操纵功能。当合适的功率信号被 应用于电磁铁时,产生的电磁场可以影响(即,可以吸引或排斥)从合成射流装置的孔隙离 开的电离的粒子,并且因而选择性地操纵输出的方向。
[0044] 不论被选择成实现操纵功能的配置怎样,可操纵的合成射流装置的(一个或多 个)顶部壁240的开口均可以保持至少部分地与孔隙对齐以便允许推进的气体被电离且离 开室。
[0045] 通过控制从室210出来的气体的推进力(通过控制容积流率、方向等等),合成射 流装置200、280、298可以提供经过空气动力表面235的较好的空气流控制,因而提供改进 的空气动力性能。
[0046] 通常,成形的等离子体190的尺寸将与其吸引空气流130的能力成比例;即,通 过形成较大的等离子体,可以实现对控制空气流的较大影响。提供推进的气体可以趋向于 支持形成较大的等离子体,这会进一步吸引空气流130。结果,合成射流装置200、280、298 能够更大地侵入边界层内(换句话说,减小发生阻力的边界层),这导致减小的阻力。此 外,空气流130对空气动力表面235的吸引可以提供至空气动力表面的更好的附流(flow attachment);这通常使空
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