本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種具備增升、減阻等流動(dòng)控制和防除冰功能的疊層板飛機(jī)蒙皮，包括玻璃纖維層（2）和鋁合金層（1），玻璃纖維層（2）和鋁合金層（1）相互交替；蒙皮表面設(shè)置有絕緣材料層（4）和電極層，電極分為上、下兩層，二者分別位于絕緣材料層（4）兩側(cè)，呈非對(duì)稱(chēng)分布，上電極層（3）暴露在空氣中，連接交流電源，下電極層（5）位于絕緣材料層（4）之下，接地。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)可以直接應(yīng)用于飛機(jī)制造工程，不會(huì)被高速氣流損壞，也不會(huì)因破壞原有氣動(dòng)外形而帶來(lái)寄生阻力。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)利用等離子體對(duì)空氣的加熱及脈沖膨脹波波作用實(shí)現(xiàn)防除冰功能，可以有效對(duì)流動(dòng)分離進(jìn)行控制，推遲失速，增加最大升力系數(shù)，減小壓差阻力。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種具備增升、減阻等流動(dòng)控制和防除冰功能的疊層板飛機(jī)蒙皮，屬于飛機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
由玻璃纖維和金屬交替疊加而成的纖維金屬層板(Glare)蒙皮(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為疊層板)，已經(jīng)應(yīng)用于空客A380，如說(shuō)明書(shū)附圖1所示，其與傳統(tǒng)金屬蒙皮相比在抗拉強(qiáng)度、裂紋擴(kuò)展特性、減重等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。但這種蒙皮沒(méi)有改善飛機(jī)氣動(dòng)性能、防除冰等額外的功能。在飛機(jī)表面安裝等離子體激勵(lì)器，如說(shuō)明書(shū)附圖2所示，可以抑制流動(dòng)分離，推遲失速，從而達(dá)到增升減阻，改善飛機(jī)氣動(dòng)性能的目的。如果采用納秒脈沖電源，則可以在接近實(shí)用的流動(dòng)速度下對(duì)分離流進(jìn)行有效控制。此外，等離子體激勵(lì)器工作時(shí)會(huì)加熱空氣并施加脈沖膨脹波，因此在防冰除冰方面也有應(yīng)用潛力。但如何將等離子體激勵(lì)器妥善安裝在飛機(jī)表面是一個(gè)技術(shù)難題，簡(jiǎn)單的粘貼不僅難以承受高速流動(dòng)的沖擊，還會(huì)因破壞原氣動(dòng)外形帶來(lái)寄生阻力。申請(qǐng)?zhí)?00910080994.1的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種等離子體格尼襟翼，在機(jī)翼尾緣安裝等離子體激勵(lì)器，代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械式格尼襟翼，進(jìn)行增升控制；申請(qǐng)?zhí)?01010602315. 5的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種用等離子體激勵(lì)器進(jìn)行層流控制、分離控制的方法；申請(qǐng)?zhí)?01010253098. 3的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種用等離子體激勵(lì)器進(jìn)行翼尖渦控制的裝置和方法。但上述專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利都未說(shuō)明通過(guò)何種方式將等離子體激勵(lì)器安裝于飛機(jī)表面，離工程應(yīng)用還有很大距離。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是針對(duì)疊層板飛機(jī)蒙皮功能單一，等離子體激勵(lì)器難以穩(wěn)固安裝于飛機(jī)表面的問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種具備增升減阻、防除冰等多種功能的疊層板飛機(jī)蒙皮。將等離子體激勵(lì)器的金屬電極和電介質(zhì)層結(jié)合在疊層板蒙皮結(jié)構(gòu)內(nèi)，從而克服了現(xiàn)有等離子體流動(dòng)控制技術(shù)在安裝方面的不足，充分滿(mǎn)足飛機(jī)飛行工況下對(duì)激勵(lì)器的安裝要求。同時(shí)使此種蒙皮結(jié)構(gòu)具備流動(dòng)控制和防除冰功能。本專(zhuān)利技術(shù)采取的技術(shù)方案為一種具備流動(dòng)控制和防除冰功能的疊層板飛機(jī)蒙皮，包括玻璃纖維層(2)和鋁合金層(I )，玻璃纖維層(2)和鋁合金層(I)相互交替；蒙皮表面設(shè)置有絕緣材料層(4)和電極層，電極分為上、下兩層，二者分別位于絕緣材料層(4)兩側(cè)，呈非對(duì)稱(chēng)分布，上電極層(3 )暴露在空氣中，連接交流電源，下電極層(5 )位于絕緣材料層(4 )之下，接地。所述電極層(3、5)材料為銅或者招合金,厚度為l/10mm l/100mm之間。所述上、下電極(3、5)間水平距離-2mm〈L〈2mm, L小于O表示二者間有重疊。所述絕緣材料層(4)為聚酰亞胺(Kapton)、聚四氟乙烯纖維板(Tef Ion)或者環(huán)氧樹(shù)脂纖維板。用于給上下電極(3、5)供電的電源(6)電壓為5000 10000伏特，電源信號(hào)波形可以是微秒正弦波、微秒方波、微秒三角波、微秒鋸齒波，也可以是納秒脈沖。 與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的等離子體流動(dòng)控制技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)可以直接應(yīng)用于飛機(jī)制造工程，不會(huì)被高速氣流損壞，也不會(huì)因破壞原有氣動(dòng)外形而帶來(lái)寄生阻力。本專(zhuān)利技術(shù)可以有效對(duì)流動(dòng)分離進(jìn)行控制，推遲失速，增加最大升力系數(shù)，減小壓差阻力。此外本專(zhuān)利技術(shù)還可應(yīng)用工作時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)和脈沖膨脹波波震動(dòng)效應(yīng)防除冰，該項(xiàng)應(yīng)用為本專(zhuān)利技術(shù)的原創(chuàng)性應(yīng)用。本成果開(kāi)創(chuàng)性地將等離子體激勵(lì)器的電極-電介質(zhì)層-電極結(jié)構(gòu)與疊層板結(jié)構(gòu)融為一體，將二者一體設(shè)計(jì)，一體加工成型，解決了等離子體激勵(lì)器安裝固定問(wèn)題，專(zhuān)利技術(shù)了同時(shí)具備流動(dòng)控制功能和防除冰功能的新型飛機(jī)蒙皮。附圖說(shuō)明圖1典型的常規(guī)纖維金屬層板蒙皮結(jié)構(gòu)示意圖，1:鋁合金層，2 :玻璃纖維層；圖2等離子體激勵(lì)器示意圖，3 :上電極，4 :絕緣層，5 :下電極，6 :電源；圖3包含等離子體激勵(lì)器的新型蒙皮結(jié)構(gòu)示意圖；圖4微秒放電等離子體激勵(lì)器工作原理示意圖；圖5納秒脈沖放電等離子體激勵(lì)器工作原理示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的制造和應(yīng)用作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但并不作為對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)做任何限制的依據(jù)。一種具備流動(dòng)控制和防除冰功能的疊層板飛機(jī)蒙皮，包括玻璃纖維層(2)和鋁合金層(I )，玻璃纖維層(2)和鋁合金層(I)相互交替；蒙皮表面設(shè)置有絕緣材料層(4)和電極層，電極分為上、下兩層，二者分別位于絕緣材料層(4)兩側(cè)，呈非對(duì)稱(chēng)分布，上電極層(3)暴露在空氣中，連接交流電源，下電極層(5 )位于絕緣材料層(4 )之下，接地。所述電極層(3、5)材料為銅片或者招合金片，厚度為l/10mm l/100mm之間。所述上、下電極(3、5)間水平距離-2mm〈L〈2mm，L小于零表示二者間有重疊。所述絕緣材料層(4)為聚酰亞胺(Kapton)、聚四氟乙烯纖維板(Tef Ion)或者環(huán)氧樹(shù)脂纖維板。本專(zhuān)利技術(shù)的制造和安裝首先，要對(duì)蒙皮中的鋁合金層進(jìn)行表面處理，增加其粘接性能；按照預(yù)成型的飛機(jī)蒙皮形狀設(shè)計(jì)和制造成型模具；將經(jīng)表處理的鋁合金板、玻璃纖維層、絕緣材料層和電極層按順序，如圖3所示，鋪疊在成型模具內(nèi)，然后在熱壓罐內(nèi)的高溫高壓環(huán)境中一次壓制成型。將成型后的蒙皮結(jié)構(gòu)通過(guò)C掃描的方法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢查各層之間粘接效果，以保證蒙皮結(jié)構(gòu)的成型質(zhì)量。將本專(zhuān)利技術(shù)作為飛機(jī)蒙皮安裝于飛機(jī)機(jī)翼、增升裝置和其他關(guān)鍵部位表面，可進(jìn)行增升減阻控制；將本專(zhuān)利技術(shù)安裝于機(jī)翼前緣、尾翼前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)唇口等部位，可以用于防除冰。本專(zhuān)利技術(shù)的工作原理將激勵(lì)器表面電極接高壓(如5000-10000伏特)、高頻交流電(如微妙交流或納秒脈沖)，下電極接地。采用微秒波電源時(shí)，激勵(lì)器附近空氣被電離，產(chǎn)生一個(gè)大氣壓下的等離子體。帶電粒子在交流電場(chǎng)的作用下引起與物面相切的離子風(fēng)，如圖4所示。附面層內(nèi)流動(dòng)獲得流向動(dòng)量輸入后加速，抵抗逆壓梯度的能力加強(qiáng)，可有效抑制流動(dòng)分離，進(jìn)而推遲失速發(fā)生，增加最大升力系數(shù)，降低由流動(dòng)分離帶來(lái)的壓差阻力。微秒放電等離子體激勵(lì)器可以對(duì)來(lái)流流速小于30米/秒的流場(chǎng)中的分離現(xiàn)象有效控制。用于給上下電極(3、5)供電的電源(6)電壓為5000 10000伏特，電源信號(hào)波形可以是微秒正弦波、微秒方波、微秒三角波、微秒鋸齒波，也可以是納秒脈沖。采用納秒脈沖電源時(shí)，激勵(lì)器附近產(chǎn)生瞬時(shí)高溫高壓，接著產(chǎn)生膨脹沖擊波，如圖5所示，繼而會(huì)誘發(fā)出對(duì)旋漩渦。在這些激勵(lì)效果下，流場(chǎng)中的分離現(xiàn)象可以得到抑制，有效控制的來(lái)流流速可達(dá)50米/秒或更高。在增升減阻的同時(shí)，納秒脈沖激勵(lì)可以使上電極附近空氣溫度升高100K以上，直接加熱空氣比加熱機(jī)翼表面更有效的防冰。利用沖擊波的周期性振動(dòng)效果，可以起到輔助除冰的效果。權(quán)利要求1.一種具備流動(dòng)控制和防除冰功能的疊層板飛機(jī)蒙皮，包括玻璃纖維層(2)和鋁合金層(1)，玻璃纖維層(2)和鋁合金層(I)相互交替；其特征在于蒙皮表面設(shè)置有絕緣材料層(4)和電極層，電極分為上、下兩層，二者分別位于絕緣材料層(4)兩側(cè)，呈非對(duì)稱(chēng)分布，上電極層(3 )暴露在空氣中，連接交流電源，下電極層(5 )位于絕緣材料層(4 )之下，接地。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備流動(dòng)控制和防除冰功能的疊層板飛機(jī)蒙皮，其特征在于電極層(3、5)材料為銅或者鋁合金，厚度為l/10mm l/100mm之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具備流動(dòng)控制和防除冰功能的疊層板飛機(jī)蒙皮，其特征在于上、下電極(3、5)間水平距離-2mm〈L〈2mm，L小于O表示二者間有重疊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備流動(dòng)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種具備流動(dòng)控制和防除冰功能的疊層板飛機(jī)蒙皮，包括玻璃纖維層（2）和鋁合金層（1），玻璃纖維層（2）和鋁合金層（1）相互交替；其特征在于：蒙皮表面設(shè)置有絕緣材料層（4）和電極層，電極分為上、下兩層，二者分別位于絕緣材料層（4）兩側(cè)，呈非對(duì)稱(chēng)分布，上電極層（3）暴露在空氣中，連接交流電源，下電極層（5）位于絕緣材料層（4）之下，接地。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王光秋，薛幫猛，岳廣全，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司，中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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