Плазменный актуатор со змеевидной геометрией
Сравнение различных геометрий плазменных актуаторов. A) Вид плазменных актуаторов DBD сбоку. B) Плазменный актуатор с изогнутой змеевидной геометрией. C) Плазменный актуатор с традиционной (линейной) геометрией. DF) Дополнительные геометрии плазменных актуаторов с змеевидной геометрией.

Серпантинный плазменный актуатор представляет собой широкий класс плазменных актуаторов . Актуаторы отличаются от стандартного типа тем, что их геометрия электродов была изменена, чтобы быть периодической по всему диапазону. [1] [2]

История

Этот класс плазменных актуаторов был разработан в Группе прикладных физических исследований (APRG) в Университете Флориды в 2008 году Субратой Роем с целью управления ламинарными и турбулентными потоками в пограничном слое . С тех пор APRG продолжает характеризовать и разрабатывать применение для этого класса плазменных актуаторов. Несколько патентов появились в результате ранних работ по плазменным актуаторам со змеевидной геометрией. [3] [4] [5] [6] [7]

В 2013 году эти приводы начали привлекать более широкое внимание в научной прессе, и о них было написано несколько статей, включая статьи в AIP's EurekAlert, [8] Inside Science [9] и различных блогах. [10] [11]

Текущие исследования и механизмы работы

Сравнение структур турбулентного потока над аэродинамическим профилем при использовании для управления потоком импульсного линейного (слева) и змеевидного (справа) плазменных актуаторов.

Серпантинные плазменные актуаторы (как и другие актуаторы с диэлектрическим барьерным разрядом , т. е. плазменные актуаторы ) способны вызывать атмосферную плазму и вводить электрогидродинамическую силу тела в жидкость. Эта сила тела может быть использована для реализации управления потоком , и существует ряд потенциальных применений, включая снижение сопротивления для самолетов и стабилизацию потока в камерах сгорания. [12]

Сравнение визуализации потока между структурами потока, создаваемыми плазменными актуаторами с линейной (вверху) и змеевидной (внизу) геометрией

Важное различие между змеевидными плазменными актуаторами и более традиционными геометриями заключается в том, что геометрия электродов была изменена, чтобы быть периодической по всему ее размаху. Поскольку электрод был сделан периодическим, результирующая плазменная и объемная сила также являются периодическими по размаху. С этой периодичностью по размаху в потоке могут быть вызваны трехмерные эффекты потока, которые невозможно сделать с более традиционными геометриями плазменных актуаторов.

Считается, что введение эффектов трехмерного потока позволяет плазменному приводу применять гораздо более высокие уровни полномочий управления, поскольку они позволяют плазменному приводу проецироваться на более широкий диапазон физических механизмов (таких как полосы пограничного слоя [13] или вторичные нестабильности волны Толлмина-Шлихтинга ). Недавние работы показывают, что эти плазменные приводы могут оказывать значительное влияние на управление ламинарными и переходными потоками на плоской пластине. [14] [15] Кроме того, экспериментально было продемонстрировано, что змеевидный привод увеличивает подъемную силу, уменьшает сопротивление и создает управляющие моменты качения при применении к геометрии крыла самолета. [16]

С более высоким уровнем полномочий управления, которыми потенциально могут обладать эти плазменные актуаторы, в настоящее время в нескольких лабораториях в Соединенных Штатах [17] [18] и в Соединенном Королевстве [19] проводятся исследования , направленные на применение этих актуаторов в реальных приложениях. Недавние численные работы предсказали значительное снижение турбулентного сопротивления путем размещения змеевидных плазменных актуаторов в шаблоне для изменения энергетических режимов переходного потока. [20]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Рой, Субрата и Чин-Ченг Ванг. «Модификация объемного потока с помощью подковообразных и серпантинных плазменных актуаторов». Журнал физики D: Прикладная физика 42.3 (2009): 032004.
  2. ^ Рихерд, Марк и Субрата Рой. «Плазменные актуаторы со змеевидной геометрией для управления потоком». Журнал прикладной физики 114.8 (2013): 083303.
  3. ^ Патент США № 8,382,029, выдан 26 февраля 2013 г.
  4. ^ Патент Гонконга № 1129642B, выдан 29 июня 2012 г.
  5. ^ Китайский патент ZL200780036093.1 Выдан 19 октября 2011 г.
  6. ^ Европейский патент EP 2,046,640 Выдан 12 октября 2011 г.
  7. ^ Патент Японии № 5,220,742, выдан 15 марта 2013 года.
  8. ^ «Поток споров о бесшумных автомобилях и самолетах», EurekAlert, http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-10/aiop-wft101813.php, просмотрено 20.01.2014.
  9. ^ «Змеевидные разряды в потоке воздуха могут улучшить аэродинамику транспортного средства», Служба новостей Inside Science, http://www.insidescience.org/content/snakelike-zaps-flowing-air-can-improve-vehicle-aerodynamics/1477, просмотрено 20.01.14.
  10. ^ «Новая геометрия плазменного актуатора может помочь повысить аэродинамические характеристики», Проектирование, продукция и применение, http://www.dpaonthenet.net/article/63584/New-plasma-actuator-geometry-may-help-boost-aerodynamic-performance.aspx, просмотрено 20.01.2014.
  11. ^ «Меньше турбулентности: плазменные актуаторы могут означать более тихие автомобили и самолеты» Scientific Blogging 2.0, http://www.science20.com/news_articles/less_turbulence_plasma_actuators_could_mean_quieter_cars_and_aircraft-122635, просмотрено 20.01.2014.
  12. ^ Ван, Чин-Ченг и Субрата Рой. «Стабилизация горения с использованием змеевидных плазменных актуаторов». Applied Physics Letters 99.4 (2011): 041502-041502.
  13. ^ Батлер, Кэтрин М. и Брайан Ф. Фаррелл. «Трехмерные оптимальные возмущения в вязком сдвиговом потоке». Физика жидкостей A: Гидродинамика 4 (1992): 1637.
  14. ^ Рихерд, Марк и Субрата Рой. «Плазменные актуаторы со змеевидной геометрией для управления потоком». Журнал прикладной физики 114.8 (2013): 083303.
  15. ^ Дасгупта, Арноб и Субрата Рой. «Трехмерное приведение плазмы в действие для более быстрого перехода к турбулентности». Журнал физики D: прикладная физика 50.42 (2017): 425201.
  16. ^ Ираншахи, Камран и Мани, Махмуд. «Исполнительные механизмы с диэлектрическим барьерным разрядом, используемые в качестве альтернативы обычным устройствам с высокой подъемной силой». Журнал Aircraft (2018): https://doi.org/10.2514/1.C034690.
  17. ^ Риццетта, Дональд П. и Мигель Р. Висбал. «Численное исследование управления на основе плазмы для потоков аэродинамического профиля с низким числом Рейнольдса». Журнал AIAA 49.2 (2011): 411-425.
  18. ^ Риццетта, Дональд П. и Мигель Р. Висбал. «Влияние управления на основе плазмы на характеристики махового профиля с низким числом Рейнольдса». Журнал AIAA 50.1 (2012): 131-147. APA
  19. ^ Ван, Цзинь-Джун и др. «Последние разработки в области управления потоком плазмы DBD». Progress in Aerospace Sciences 62 (2013): 52-78.
  20. ^ Дасгупта, А.; Рой, С. (2022). «Модификация энергетических режимов для управления переходным потоком (Избранная статья)». AIP Advances . 12 : 035149. doi : 10.1063/5.0078083 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Serpentine_geometry_plasma_actuator&oldid=1195128962"