Патент на изобретение №2171205
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕЛА В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ
(57) Реферат: Изобретение относится к аэродинамике. Способ уменьшения аэродинамического сопротивления тела заключается в импульсно-периодическом энергетическом воздействии на встречный поток газа. Указанное воздействие осуществляют путем подачи высоковольтного напряжения вдоль поверхности сегнетоэлектрического элемента, размещенного в лобовой части тела. Изобретение позволяет снизить энергозатраты на образование приповерхностной плазмы и упростить способ. 1 ил. Изобретение относится к области аэродинамики, в частности к способам снижения аэродинамического сопротивления тел в сверхзвуковом потоке, и может быть использовано при конструировании летательных аппаратов. Известен способ уменьшения аэродинамического сопротивления тела в сверхзвуковом потоке, заключающийся в импульсно-периодическом энергетическом воздействии на встречный поток газа, например, путем подачи струи газа с частицами твердого материала навстречу потоку и одновременным производством колебательных движений головной частью твердого тела относительно центра ее тяжести [1] (Патент РФ N 2085765, кл. F 15 D 1/10, опубл. 1997, Бюл. N 21). Недостатком такого способа является то, что в реальных летательных аппаратах невозможно придать колебательные движения головной части тела. В результате этот способ применим только в лабораторных аэродинамических установках. Недостатками способа [2] является то, что он требует существенных энергозатрат на уменьшение аэродинамического сопротивления тела в сверхзвуковом потоке. Это связано, главным образом, с низкой эффективностью преобразования электрической энергии в оптическое квантовое излучение и низким коэффициентом поглощения лазерного излучения газовой средой. Помимо этого, данный способ не отличается простотой, так как для его реализации требуется осуществление достаточно сложных этапов преобразования энергии. В связи с этим задачей является нахождение более простого способа уменьшения аэродинамического сопротивления тела в сверхзвуковом потоке, отличающегося более низкими энергозатратами. Технический результат, который достигается от использования изобретения, заключается в исключении энергоемких этапов преобразования энергии, в том числе существенном снижении энергозатрат на уменьшение аэродинамического сопротивления тела в сверхзвуковом потоке с одновременным упрощением применяемого для этих целей способа. Предлагаемый способ уменьшения аэродинамического сопротивления тела в сверхзвуковом потоке, заключающийся в импульсно-периодическом энергетическом воздействии на встречный поток газа, осуществляется путем подачи импульсно-периодического высоковольтного напряжения вдоль поверхности сегнетоэлектрического элемента, размещенного в лобовой части летательного аппарата. Этот способ основан на явлении зажигания электрического разряда вдоль поверхности сегнетоэлектрика, что приводит к образованию слоя приповерхностной плазмы. Сегнетоэлектрический элемент выполняется в виде обтекаемого тела, размещенного на центральной части летательного аппарата. В центр сегнетоэлектрического элемента параллельно движению летательного аппарата помещается металлический электрод. Вторым электродом является сам корпус летательного аппарата. К этим двум электродам прикладываются периодически следующие импульсы высокого напряжения. В результате этого вдоль поверхности сегнетоэлектрического элемента зажигается электрический разряд. Такое расположение электродов позволяет создать слой приповерхностной плазмы на обтекателе. Таким образом, энергия импульсно-периодического высоковольтного генератора напрямую переходит в энергию ионизации без каких-либо дополнительных энергопреобразований (то есть энергоемкие этапы преобразования энергии исключены), что сокращает до минимума количество необходимых для осуществления предлагаемого способа составных элементов. В результате предлагаемый способ является более простым и энергетически выгодным по сравнению с прототипом. Образование приповерхностной, а не объемной плазмы также приводит к снижению энергозатрат. Кроме того, сегнетоэлектрик, являясь диэлектриком с большим значением диэлектрической постоянной, способствует снижению энергетического порога возникновения поверхностного разряда. На чертеже изображено устройство, на основе которого можно реализовать предлагаемый способ. Цифрами обозначены: высоковольтный электрод – 1, сегнетоэлектрический элемент – 2, изолятор – 3, корпус летательного аппарата (общий электрод) – 4, источник импульсно-периодического высоковольтного напряжения – 5. В указанном устройстве предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В режиме сверхзвукового обтекания газом твердого тела запускают импульсно-периодический высоковольтный генератор 5, импульс которого прикладывают к электродам 1, 4. Изолятор 3 используется для предотвращения электрического пробоя. При этом вдоль поверхности сегнетоэлектрического элемента 2 зажигается электрический разряд. Это приводит к ионизации газовой среды перед лобовой частью в приповерхностном слое обтекаемого тела, соответственному увеличению скорости распространения ударной волны, отрыву фронта ударной волны от поверхности обтекателя и, как следствие, к уменьшению аэродинамического сопротивления тела в сверхзвуковом потоке газа. Таким образом, образование приповерхностной плазмы на обтекателе в результате применения только импульсно-периодического высоковольтного воздействия вдоль поверхности сегнетоэлектрика делает предлагаемый способ более простым и энергетически выгодным по сравнению с прототипом. При использовании сегнетоэлектрического элемента, изготовленного из керамики семейства титаната бария толщиной 10 мм, с длиной межэлектродного промежутка 15 мм, необходим импульс напряжения порядка 3 кВ с длительностью импульса не менее 1 мкс. Проверенная частота запуска импульсно-периодического высоковольтного генератора составляет 50 Гц. Оценки показывают, что в зависимости от условий обтекания, возможно снижение лобового сопротивления за счет использования предлагаемого способа на 10-30%. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 16.11.2005
Извещение опубликовано: 10.10.2006 БИ: 28/2006
|
||||||||||||||||||||||||||
