一种高速风洞动态翼型等离子体流动控制试验防护装置的制作方法

本实用新型涉及高速风洞中等离子体流动控制实验技术的安全和防护领域，具体地说,涉及一种高速风洞动态翼型等离子体流动控制试验防护装置。

背景技术：

动态失速是一种非定常流动分离现象。在旋翼的后行桨叶上会出现由于高攻角引起的动态失速，前行将也上会出现因为激波诱导前分离引起的动态失速，直升机旋翼动态失速会导致升力减小、旋翼轴扭矩加大，所消耗功率加大，操纵载荷增大，桨叶俯仰力矩变化引起变矩拉杆的振动和桨叶的颤振，降低直升机性能。因此，改进动态失速性能是重载旋翼系统提高前飞速度的关键。近些年来，等离子体流动控制技术由于其响应时间短、无需移动部件、激励频带宽、激励器厚度小对翼型的气动性能影响小等优势成为了主动流动控制技术的新兴研究方向。该项技术目前已经在稳态翼型试验中成功实现了推迟分离、增加升力、减小阻力等目的，因此针对动态失速问题采用等离子体流动控制的手段极具工程应用价值。

国内外对翼型动态失速离子体流动控制技术的研究近些年来才逐步兴起，目前大对数该类风洞试验研究主要针对的是来流小于0.3ma的低速流动，在低速流动条件下由于翼型气动力量级较小，对结构强度的要求较低，因此低速翼型动态失速等离子体流动控制试验一般都采用由绝缘材料制造的翼型模型，因此容易实现翼型表面等离子体激励器放电，而在高速来流条件下，翼型发生动态失速现象时气动力剧烈变化，对翼型模型的结构强度要求较高，传统的绝缘材料无法满足，并且高速风洞一般均为全钢制洞体，等离子体放电时需要对等离子体激励器施加几万伏的高电压，对试验数据采集设备、试验模型以及风洞洞体都有较大的影响，因此，如何实现等离子体激励器放电时翼型模型、风洞洞体、实验仪器的绝缘，成为实现高速风洞型动态失速等离子体流动控制试验的关键为题。

中国发明专利201410108550.5提出了一种“用于高速风洞等离子体流动控制实验的支撑防护装置”，该装置解决了在高速风洞中等离子流动控制试验的支撑与电磁屏蔽，有效的保护了测试仪器；但该装置仅能应用于稳态试验，无法适用于高速风洞动态试验装置。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本实用新型提出一种高速风洞动态翼型等离子体流动控制试验防护装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:包括激励器上电极、激励器下电极、翼型模型、震荡轴、正极高压导线、负极高压导线、绝缘转窗、高压线引线槽、上电极绝缘层、下电极绝缘层和传感器绝缘衬套，其特征在于所述翼型模型两端设有凸耳，翼型模型两端凸耳分别与振荡轴端面中间腔孔配合并通过螺栓压紧固定，振荡轴顺流向方向的侧端与电机输出轴通过联轴器连接带动翼型模型俯仰振荡，震荡轴穿过绝缘转窗，震荡轴与绝缘转窗之间缝隙小于0.8mm，以保证震荡轴在高频振荡运动中不会与绝缘转窗摩擦；

所述激励器上电极与激励器下电极位于翼型模型上沿翼型模型弦长方向的距离为1mm，激励器上电极与激励器下电极之间覆压聚酰亚胺绝缘胶带进行绝缘，激励器上电极和激励器下电极分别与正极高压导线和负极高压导线相连，正极高压导线和负极高压导线分别通过震荡轴端部上的高压线引线槽从绝缘转窗引出；

所述下电极绝缘层粘贴在翼型模型表面上，用于激励器下电极与翼型模型之间的绝缘，激励器下电极粘贴在下电极绝缘层上表面，上电极绝缘层粘贴在下电极绝缘层与激励器下电极上方，作为等离子体激励的介质层，激励器上电极粘贴在上电极绝缘层上方，传感器绝缘衬套贯穿翼型模型表面与模型腔体相通，传感器绝缘衬套用于安装高频动态传感器。

所述激励器上电极与激励器下电极为0.2mm厚的铜箔绝缘胶带，激励器上电极与激励器下电极宽度均为4mm。

所述正极高压导线与负极高压导线用于传输等离子体流动控制实验中的激励电压，多层屏蔽高压导线由内向外依次为耐高压导线、75ω基带同轴电缆、普通铜网衣、塑料软管和金属蛇皮软管。

所述绝缘转窗结构采用环氧树脂材料加工；翼型模型表面绝缘层为可耐高电压的绝缘胶带，完全覆盖翼型表面以及翼型模型和支撑机构的接触面。

所述传感器绝缘衬套内径为2.33mm，外径为3.5mm，长度为8mm，用于固定动态传感器并使其与翼型表面绝缘；所述传感器导线屏蔽层厚度为0.05mm带压纹的铜箔胶带，用于屏蔽等离子体放电时对传感器导线的电磁干扰；所述接地铜箔采用宽为10cm、厚为0.05mm的铜箔宽带，用于将模型上的等离子体放电产生的感生电压导入大地。

有益效果

本实用新型提出的一种高速风洞动态翼型等离子体流动控制试验防护装置,由翼型模型、激励器、震荡轴、绝缘转窗和传感器组成；翼型模型两端凸耳与振荡轴通过螺栓紧固，振荡轴顺流向方向的侧端与电机输轴相连带动翼型模型俯仰振荡。震荡轴穿过绝缘转窗，等离子体激励器上、下电极与高压导线连接，正、负极高压导线通过震荡轴端的高压线引线槽从绝缘转窗引出。采用耐高压绝缘胶带覆盖翼型表面，以保证等离子体激励器在放电时翼型表面的绝缘；采用环氧树脂材料的绝缘转窗实现风洞洞体的绝缘；在震荡轴和翼型端凸耳的接触面上粘贴可耐高电压的绝缘胶带，固定螺钉上装配聚四氟乙烯衬套和垫片，保证翼型模型与绝缘转窗、震荡轴的绝缘，以及固定螺钉与凸耳之间的绝缘。采用多层屏蔽高压导线，使感应电磁场逐层衰减，满足测控仪器的安全耐压和电磁屏蔽要求；通过铜箔宽带接地，将传输导线辐射电磁场所引起的感生电压大大降低；采用动态传感器衬套保证传感器的安装可靠性，也保证了传感器与翼型模型之间的绝缘；采用传感器导线屏蔽层能有效的减少传感器采集到的电磁干扰信号。防护装置保证模型与洞体之间的绝缘效果，保护了测试仪器；防护装置适用于高速风洞动态试验。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型一种高速风洞动态翼型等离子体流动控制试验防护装置作进一步详细说明。

图1本实用新型高速风洞动态翼型等离子体流动控制试验防护装置示意图。

图2为本实用新型试验防护装置安装示意图。

图3为翼型模型前缘示意图。

图4为震荡轴示意图。

图5为传感器绝缘衬套示意图。

图中

1.激励器上电极2.激励器下电极3.翼型模型4.震荡轴5.正极高压导线6.负极高压导线7.绝缘转窗8.高压线引线槽9.上电极绝缘层10.下电极绝缘层11.传感器绝缘衬套

具体实施方式

本实施例是一种高速风洞动态翼型等离子体流动控制试验防护装置。

参阅图1～图5,本实施例高速风洞动态翼型等离子体流动控制试验防护装置，用于nf-6增压连续式高速风洞的动态实验系统，nf-6增压连续式高速风洞及动态试验机构主题均为钢制，在进行等离子体流动控制实验时，必须考虑风洞洞体、模型及其支撑机构的装配和绝缘问题，防止高电压对测控仪器和设备的电磁干扰。

本实施例高速风洞动态翼型等离子体流动控制试验防护装置，由激励器上电极1、激励器下电极2、翼型模型3、震荡轴4、正极高压导线5、负极高压导线6、绝缘转窗7、高压线引线槽8、上电极绝缘层9、下电极绝缘层10和传感器绝缘衬套11组成；其中，翼型模型3两端设有凸耳，翼型模型3端凸耳分别伸入振荡轴腔体内通过螺栓压紧固定。振荡轴4顺流向方向的侧端与电机输出轴连接带动翼型模型3俯仰振荡。震荡轴4穿过绝缘转窗7，震荡轴4与绝缘转窗7之间缝隙小于0.8mm，以保证震荡轴在高频振荡运动中不会与绝缘转窗剐蹭。激励器上电极1与激励器下电极2位于翼型模型3上，且沿翼型模型3弦长方向的距离为1mm。激励器上电极1与激励器下电极2为0.2mm厚的铜箔绝缘胶带，电极宽度均为4mm；激励器上电极1与激励器下电极2之间由一层聚酰亚胺绝缘胶带进行绝缘。激励器上电极1和激励器下电极2分别与正极高压导线5与负极高压导线6相连，正极高压导线5与负极高压导线6分别通过震荡轴端部的高压线引线槽8从绝缘转窗7引出。正极高压导线5与负极高压导线6用于传输等离子体流动控制实验中的激励电压，多层屏蔽高压导线由内向外依次为耐高压导线、75ω基带同轴电缆、普通铜网衣、塑料软管和金属蛇皮软管；多层屏蔽高压导线用于传输等离子体流动控制实验中的激励电压。下电极绝缘层10粘贴在翼型模型表面上，用于激励器下电极2与翼型模型3之间的绝缘，激励器下电极2粘贴在下电极绝缘层10上方。上电极绝缘层9贴在下电极绝缘层10与激励器下电极2上方，作为等离子体激励的介质层，激励器上电极1粘贴在上电极绝缘层9上方，传感器绝缘衬套11贯穿翼型表面，连通大气与翼型模型3腔体，用于安装高频动态传感器。

本实施例中，绝缘转窗结构采用环氧树脂材料；震荡轴4与绝缘转窗7之间缝隙小于0.8mm，保证震荡轴在高频振荡运动中不会与绝缘转窗磨擦，另外还需保证二者之间的气密，如果发生大规模的漏气，会影响翼型试验的二元特性，降低试验数据的真实性与可靠性。翼型表面绝缘层为可耐高电压的绝缘胶带，完全覆盖翼型表面以及翼型与支撑机构的接触面。

本实施例中，由于动态传感器为金属制成，对电磁环境要求极高，需要进行绝缘处理，传感器衬套的材料为聚四氟乙烯，在保证其与翼型模型绝缘的同时也能起到包裹紧固传感器的作用，动态传感器绝缘衬套内径为2.33mm，外径为3.5mm，长度为8mm，内径公差为-0.1mm，外径公差为+0.1mm；待传感器安装完成后需要将衬套伸出翼型表面部分削平，保证其与翼型表面平齐。传感器导线屏蔽层为厚度为0.05mm带压纹的铜箔胶带，用于屏蔽等离子体放电时对传感器导线的电磁干扰。接地铜箔宽带采用宽10cm、厚0.05mm的铜箔宽带，用于将模型上的等离子体放电产生的感生电压导入大地。