本技術(shù)大體上涉及諸如汽車的運(yùn)輸車輛，且更具體地涉及用于汽車的氣動(dòng)阻力減少。

背景技術(shù)：

燃料經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)今汽車市場(chǎng)的賣點(diǎn)之一。消費(fèi)者想要提高燃料效率的汽車，這樣他們可以在汽車擁有期間實(shí)現(xiàn)節(jié)約。

燃料效率取決于幾個(gè)因素，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、車身設(shè)計(jì)、燃料質(zhì)量、駕駛習(xí)慣等。在設(shè)計(jì)車身或汽車的外部形狀的過程期間，考慮了許多因素，諸如舒適性、風(fēng)格和效用。外部形狀影響汽車的外觀，并且具有對(duì)影響汽車燃料效率的氣動(dòng)阻力效應(yīng)的很大影響。

可以通過延遲或消除汽車表面上的流動(dòng)分離或控制汽車后端處的流動(dòng)分離來(lái)減少阻力。汽車表面上的這種流動(dòng)控制除了對(duì)汽車車身的修改外，還需要安裝額外的機(jī)械設(shè)備。也可以通過修改外部形狀來(lái)減少阻力。然而，外部形狀不能顯著改變，因?yàn)樗绊懥似嚨拿栏?，這當(dāng)然影響到消費(fèi)者對(duì)汽車的需求。

本技術(shù)主要針對(duì)減少阻力并提高汽車的燃料效率而不犧牲美觀的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本技術(shù)包括等離子體致動(dòng)器，其在被激活時(shí)產(chǎn)生等離子體區(qū)域，改變等離子體致動(dòng)器周圍的流體流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體致動(dòng)器包括基板、設(shè)置在基板上的第一電極、設(shè)置在基板上并覆蓋第一電極的介電層，以及設(shè)置在介電層上的第二電極。

在替代實(shí)施例中，本公開描述了一種汽車，其具有設(shè)置在汽車的外表面上或外表面處的至少一個(gè)等離子體致動(dòng)器，其中等離子體致動(dòng)器包括基板、設(shè)置在基板上的第一電極、設(shè)置在基板上并覆蓋第一電極的介電層，以及設(shè)置在介電層上的第二電極。

在另一替代實(shí)施例中，本公開描述了一種等離子體致動(dòng)器，其包括基板、設(shè)置在基板上的第一電極、設(shè)置在基板上并與第一電極分離的第二電極、設(shè)置在基板上并覆蓋第一電極的第一介電層、設(shè)置在基板上并覆蓋第二電極的第二介電層、設(shè)置在第一介電層上的第三電極，以及設(shè)置在第二介電層上的第四電極。

以下參考附圖詳細(xì)描述該技術(shù)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，以及該技術(shù)的各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。注意，該技術(shù)不限于本文描述的具體實(shí)施例。這些實(shí)施例僅在本文中為了說明的目的而呈現(xiàn)?；诒疚陌慕虒?dǎo)，附加實(shí)施例對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。

附圖說明

并入本文并且形成本說明書的一部分的附圖說明了本技術(shù)，并且與說明書一起進(jìn)一步用于解釋技術(shù)的原理并且使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員制作和使用該技術(shù)。

圖1是根據(jù)本技術(shù)的等離子體致動(dòng)器的橫截面視圖的示意圖。

圖2是本技術(shù)的等離子體致動(dòng)器的示意圖的立體視圖。

圖3是本技術(shù)的等離子體致動(dòng)器的橫截面視圖的替代示意圖。

圖4是配備有本技術(shù)的等離子體致動(dòng)器的汽車的圖示。

圖5是示出在汽車車身下放置等離子體致動(dòng)器的另一個(gè)圖示。

圖6是示出等離子體致動(dòng)器在汽車上的放置的第三圖示。

圖7是示出等離子體致動(dòng)器在側(cè)視鏡上的放置的第四圖示。

圖8示出用于邊界層流動(dòng)控制的等離子體致動(dòng)器的使用。

圖9示出等離子體致動(dòng)器的應(yīng)用。

圖10描繪了通過本技術(shù)的實(shí)施例的向下的力的控制。

圖11示出了來(lái)自圖10的實(shí)施例的向下的力。

圖12是使用本技術(shù)的流動(dòng)控制的圖示。

圖13是使用本技術(shù)的流動(dòng)控制的另一圖示。

具體實(shí)施方式

雖然本技術(shù)在本文中被描述為具體應(yīng)用的說明性實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，該技術(shù)不限于此。本文提供的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以訪問的教導(dǎo)將認(rèn)識(shí)到其范圍內(nèi)的附加修改、應(yīng)用和實(shí)施例以及技術(shù)將具有重大實(shí)用性的附加領(lǐng)域。

雖然技術(shù)主要是關(guān)于汽車描述的，但是本公開不限于汽車。下面的描述可以應(yīng)用于其它移動(dòng)物體，諸如飛機(jī)、卡車、拖車和火車，僅作為幾個(gè)非限制性示例。

本公開描述了一種等離子體致動(dòng)器，其減少由氣流引起的氣動(dòng)阻力。通過產(chǎn)生控制車身表面周圍的流動(dòng)分離的等離子體區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)阻力的減少。本技術(shù)的等離子體致動(dòng)器與任何表面齊平并且對(duì)流動(dòng)是微創(chuàng)的。各種實(shí)施例中的等離子體致動(dòng)器有利地沒有移動(dòng)部件，并且通過減少氣動(dòng)阻力來(lái)提高燃料經(jīng)濟(jì)性，改善在嚴(yán)重的非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)環(huán)境下的車輛穩(wěn)定性控制，減少車輛周圍的風(fēng)噪，并且通過燃料經(jīng)濟(jì)性改善來(lái)減少排放和co2排放量。通過缺少移動(dòng)部件，等離子體致動(dòng)器更簡(jiǎn)單地制作，并且通常更堅(jiān)固，在運(yùn)動(dòng)時(shí)或運(yùn)動(dòng)之間不易于發(fā)生部件故障。

等離子體致動(dòng)器用于向低動(dòng)量邊界層增加能量，并且因此延遲流動(dòng)分離。抵消電極的放置允許車身的力影響與表面相切的空氣速度。車身的力矢量可以通過電極布置和介電材料來(lái)控制。致動(dòng)器通常構(gòu)造成具有由介電材料隔開的上部暴露的電極和下部覆蓋的電極的不對(duì)稱配置。等離子體致動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，并且通過影響本地流動(dòng)流線提供實(shí)質(zhì)的控制權(quán)限。等離子體致動(dòng)器使用具有頻率范圍(例如約20khz)的高電壓(例如約10kvrms)，并且需要低電流0.2a和相對(duì)較低的功耗。等離子體致動(dòng)器響應(yīng)時(shí)間約為幾毫秒，這比當(dāng)前應(yīng)用于性能車輛的液壓機(jī)械致動(dòng)器(超過100秒)要快得多。

圖1是根據(jù)本技術(shù)的用于減少流體流動(dòng)阻力(例如氣流)的等離子體致動(dòng)器的示意圖。等離子體致動(dòng)器具有通常暴露于氣流16的第一電極10，嵌入介電層12中的第二電極14，以及位于基板18上的等離子體致動(dòng)器。第二電極14可以延伸到介電層12的底部并接觸基板18，如圖1所示?；?8和任何其它一個(gè)部件或多個(gè)部件等離子體致動(dòng)器可以是柔性的，諸如用于成形為匹配目標(biāo)汽車部件的尺寸，如下文所引用的。

在各種實(shí)施例中，第一電極10的前緣與介電層12的前緣間隔開(在圖1的視圖中橫向)。

在各種實(shí)施例中，第二電極14的前緣在操作中在氣流16的方向上在第一電極10的后緣(在氣流16的方向中)的下方或附近。電極在一些實(shí)施方式中被定位成使得它們至少部分地重疊(在圖1的視圖的豎直方向上使得它們至少部分地重疊，并且在其它方向使得它們根本不重疊)。

第一電極10和第二電極14經(jīng)由兩個(gè)單獨(dú)的連接器連接到電源20。雖然電源20可以被配置為傳送各種各樣的功率輸出中的任一種，但是在各種實(shí)施例中，電源20能夠傳送10kvrms。電源20可以是dc或ac源。連接到脈沖dc源的等離子體致動(dòng)器的性能優(yōu)越，與ac等離子體致動(dòng)器相比，其在低得多的電壓下生成較大的車身的力。具有40英寸長(zhǎng)電極的脈沖dc等離子體致動(dòng)器的功耗約為1w，其比ac等離子體致動(dòng)器小約100倍。當(dāng)?shù)谝浑姌O10和第二電極14由電源20激勵(lì)時(shí)，隨著空氣16在等離子體致動(dòng)器上方流動(dòng)，氣流由第一電極10和第二電極14電離，從而產(chǎn)生等離子體區(qū)域22，如圖2所示，從第一電極10的邊緣延伸。在示例中，從圖1中的頂部到底部測(cè)量的電極的厚度約為0.1mm，從圖1中的頂部到底部測(cè)量的介電層的厚度從約0.1mm變化到約6mm，取決于電源的電壓的大小。介電層在多個(gè)實(shí)施例中被配置為具有足以防止兩個(gè)電極10、14之間的短路的厚度。從圖1中的一側(cè)到另一側(cè)測(cè)量的電極的寬度約25mm。

圖2示出了本技術(shù)的另一實(shí)施例。在圖2中，第一電極10與第二電極14重疊。兩個(gè)電極可以如圖1所示分離或如圖2所示重疊。第二電極14設(shè)置在介電層24的下方和基板18的內(nèi)部，并且等離子體區(qū)域22在氣流16的方向中由第一電極10的后緣形成。在各種實(shí)施例中，第一電介質(zhì)10的前緣可以與介電層和/或基板的前部邊緣對(duì)準(zhǔn)，如圖2所示。

圖3示出了本技術(shù)的另一實(shí)施例。第一電極10設(shè)置在介電層24的上方并暴露于氣流16。第二電極14至少部分地設(shè)置在基板18內(nèi)?；?8可以小于介電層24。第一電極10和第二電極14連接到電源20。類似于如圖1和圖2所描述的，隨著空氣16在第一電極10上方流動(dòng)并且電極被激勵(lì)時(shí)，空氣被電離，并且在第一電極10的后緣之后形成等離子體區(qū)域22。等離子體將能量注入到空氣流動(dòng)的邊界層，從而延緩流動(dòng)分離。

如圖所示，新穎的等離子體致動(dòng)器通過具有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)在減少阻力方面非常有效。在各種實(shí)施例中，等離子體致動(dòng)器可以被配置為在厚度上與鋁箔條類似的小條，其具有或連接到膠層以便于附接到汽車車身，并且然后連接到電源。等離子體致動(dòng)器的厚度對(duì)應(yīng)于電源的電壓-例如，等離子體致動(dòng)器被配置為具有基于已知電壓的厚度，或者電源被配置或選擇為傳送具有與預(yù)定等離子體致動(dòng)器厚度對(duì)應(yīng)的電壓。生成等離子體需要相對(duì)高的電壓，等離子體致動(dòng)器的電壓電平和配置應(yīng)對(duì)應(yīng)于避免從過電壓到等離子體致動(dòng)器且特別是其非常薄的電極的損壞。

等離子體致動(dòng)器可以放置在汽車車身的不同位置上，優(yōu)選地在汽車車身周圍的各種邊緣處或附近(前后)，其中氣流邊界層傾向于分離。圖4示出了具有放置在不同表面上的等離子體致動(dòng)器的汽車車身。作為第一示例，等離子體致動(dòng)器可以放置在a柱40上以減少通常存在于a柱40周圍的任何渦流(圖8中的附圖標(biāo)記82，作為示例)。等離子體致動(dòng)器可以更特別地定位在每個(gè)a柱上或附近，諸如通過定位在柱的稍前方或稍后方。等離子體致動(dòng)器可以被配置成沿著柱的各種長(zhǎng)度的任何長(zhǎng)度延伸，包括沿著柱的大致全部或整體，如圖4所示。等離子體致動(dòng)器在各種實(shí)施例中彎曲和/或以其它方式成形以匹配柱的尺寸，和/或等離子體致動(dòng)器包括足以使等離子體致動(dòng)器呈現(xiàn)為足夠柔性以成形為(例如，用柱的彎頭彎曲)齊平配合的的材料(一些或全部)。

根據(jù)本技術(shù)的等離子體致動(dòng)器可以用于任何車輛的柱處，諸如在任何一個(gè)或多個(gè)b柱和c柱處。

等離子體致動(dòng)器還可以圍繞前擋泥板裙部42放置以控制前輪胎流動(dòng)分離并減少前輪胎尾跡。等離子體致動(dòng)器可以位于裙部處或裙部附近，并且沿其任何長(zhǎng)度定位。此外，等離子體致動(dòng)器在各種實(shí)施例中彎曲和/或以其它方式成形以匹配裙部的尺寸，和/或等離子體致動(dòng)器包括足以使等離子體致動(dòng)器呈現(xiàn)為足夠柔性以成形為(例如，用裙部的彎頭彎曲)齊平配合的材料(一些或全部)。在這種情況下，等離子體致動(dòng)器可以圍繞相應(yīng)的車輛部件定位，例如圍繞裙部。

等離子體致動(dòng)器可以進(jìn)一步放置在后擋泥板44處或其附近(例如，后擋泥板的前緣)，和/或等離子體致動(dòng)器也可以定位在后擋泥板尾緣46處或附近以控制后流動(dòng)邊界層和產(chǎn)生的尾跡區(qū)域的分離。此外，等離子體致動(dòng)器可以定位在后擋泥板或后擋泥板尾緣處或其附近，并且沿其任何長(zhǎng)度定位。此外，等離子體致動(dòng)器在各種實(shí)施例中彎曲和/或以其它方式成形以匹配擋泥板或邊緣的尺寸，和/或等離子體致動(dòng)器包括足以使等離子體致動(dòng)器呈現(xiàn)為足夠柔性以成形為后擋泥板或后擋泥板尾緣(例如，例如，用后擋泥板或后擋泥板尾緣的彎頭彎曲)齊平配合的的材料(一些或全部)。在這種情況下，等離子體致動(dòng)器可以圍繞相應(yīng)的車輛部件定位-例如圍繞后擋泥板或后擋泥板尾緣。

等離子體致動(dòng)器可以放置在可能存在空氣擾動(dòng)的汽車車身上的許多其它位置中。例如，圖5示出了其中可以放置等離子體致動(dòng)器的汽車底盤下方暴露的車輛表面上的示例位置。等離子體致動(dòng)器可以放置在前空氣壩50的下面，圍繞底板52、54、56。通過將等離子體致動(dòng)器放置在底盤下方的這些位置上，可以減小空氣擾動(dòng)，并且從而減少阻力。

圖6示出了圍繞其中可以放置等離子體致動(dòng)器的汽車后部的位置。放置在后擋泥板尾緣64周圍的致動(dòng)器可以改善在陣風(fēng)或不穩(wěn)定流動(dòng)環(huán)境下的車輛氣動(dòng)穩(wěn)定性。放置在車頂邊緣上的等離子體致動(dòng)器60也可用于觸發(fā)在車身周圍流動(dòng)的空氣流的分流66，從而減少升力并提高側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性。通過將兩個(gè)相對(duì)的等離子體致動(dòng)器(圖10)放置在行李箱或行李箱蓋的后邊緣62周圍，可以在車輛的端部附近產(chǎn)生向下的力116。后端向下的力有助于在嚴(yán)重的側(cè)風(fēng)條件下改善車輛的穩(wěn)定性。穿過行李箱蓋邊緣上的兩個(gè)相對(duì)的等離子體致動(dòng)器62(也是圖10)的氣流112將與向上的流114、110相互作用。流112和114之間的相互作用將產(chǎn)生如圖10和圖11所示的向下的力116、103。

本技術(shù)的等離子體致動(dòng)器可以具有不同的結(jié)構(gòu)，其允許更好地控制感應(yīng)氣流。圖10示出了通過連接兩個(gè)等離子體致動(dòng)器102和104制成的等離子體致動(dòng)器的替代實(shí)施例。等離子體致動(dòng)器102和104中的每一個(gè)具有類似于圖1中描述的結(jié)構(gòu)。在預(yù)期的實(shí)施例中，一個(gè)或兩個(gè)等離子體致動(dòng)器如圖2所示。等離子體致動(dòng)器102和104彼此相對(duì)，諸如彼此鏡像。等離子體致動(dòng)器102和104可以設(shè)置在共同的基板18上，并且每個(gè)等離子體致動(dòng)器由放置在介電層12上方的一個(gè)暴露電極10制成，而另一個(gè)電極14嵌入介電層12內(nèi)部，并且電源20連接到兩個(gè)電極10和14。每個(gè)等離子體致動(dòng)器改變?cè)诘入x子體致動(dòng)器上方流動(dòng)的氣流。因?yàn)閮蓚€(gè)等離子體致動(dòng)器102、104彼此相對(duì)設(shè)置，所以引起的流106、108彼此相對(duì)，從而迫使向上的流110。當(dāng)放置在汽車的行李箱蓋邊緣上時(shí)，等離子體致動(dòng)器的該替代實(shí)施例由于向上的流110而產(chǎn)生向下的力103。盡管在圖10中示出了兩個(gè)單獨(dú)的介電層，但是它們可以由覆蓋兩個(gè)等離子體致動(dòng)器104的一個(gè)單一介電層替代，并且它們也可以由一個(gè)單一電源供電。

圖1的等離子體致動(dòng)器可以放置在前柱(a柱)周圍，如圖7所示。等離子體致動(dòng)器70減少在前窗74和前擋風(fēng)玻璃76處或附近形成的渦流78，從而減少總體車輛阻力。等離子體致動(dòng)器也可以放置在側(cè)反射鏡72周圍，以減少側(cè)鏡周圍的渦流，從而減少整體的車輛阻力。

本技術(shù)的等離子體致動(dòng)器也可用于控制邊界層流。圖8示出了在大致平行于電極10和14的長(zhǎng)度的方向中流動(dòng)的空氣80。隨著空氣80在等離子體致動(dòng)器上方流動(dòng)，等離子體致動(dòng)器從暴露的電極10引起氣流16并形成等離子體區(qū)域22。引起的氣流16在等離子體區(qū)域22周圍形成渦流82。引起的氣流16和渦流82的強(qiáng)度取決于等離子體區(qū)域22的大小或強(qiáng)度，這取決于由電源提供的電壓強(qiáng)度。等離子體區(qū)域22還取決于分離兩個(gè)電極的距離?？梢酝ㄟ^相對(duì)于氣流定位等離子體致動(dòng)器來(lái)控制流動(dòng)的邊界層。圖12示出等離子體致動(dòng)器122的定位，其中引起的空氣126流過在等離子體致動(dòng)器上方流動(dòng)的空氣124。隨著空氣124流過引起的空氣126，產(chǎn)生流動(dòng)分離區(qū)域128。圖13示出了等離子體致動(dòng)器132的定位，使得引起的空氣136大致在與進(jìn)入的氣流134相同的方向中流動(dòng)。

等離子體致動(dòng)器改變?cè)诒砻嫔戏搅鲃?dòng)的流體的特性，并且本技術(shù)的等離子體致動(dòng)器可用于許多不同的應(yīng)用。圖9示出了將等離子體致動(dòng)器94在飛機(jī)的機(jī)翼90上的放置。等離子體致動(dòng)器94在被激活時(shí)將引起進(jìn)入的氣流16更靠近機(jī)翼90的表面流動(dòng)，并且防止流動(dòng)分離區(qū)域92的早期或預(yù)成熟的發(fā)生。等離子體致動(dòng)器也可以放置在潛艇的螺旋槳的邊緣上，并改變潛艇的聲音特征。

應(yīng)當(dāng)理解，圖未被按比例繪制，并且等離子體致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)中示出的元件之間的相對(duì)物理尺寸可以與不同圖示出的不同。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)理解，可以組合不同附圖中所示的元件以形成本技術(shù)范圍內(nèi)的新實(shí)施例。

應(yīng)當(dāng)理解，具體實(shí)施方式而不是主要內(nèi)容和摘要部分旨在用于解釋權(quán)利要求書。主要內(nèi)容和摘要部分可以闡述本發(fā)明人所想到的本技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)但不是全部的示例性實(shí)施例，并且因此不旨在以任何方式限制本技術(shù)和所附權(quán)利要求書。