使用等离子体减轻冲击

申请号 CN201610922682.0 申请日 2016-10-25 公开(公告)号 CN106672215A 公开(公告)日 2017-05-17
申请人 波音公司; 发明人 M·J·小克莱门; D·V·小德劳因; A·F·斯蒂沃特;
摘要 本 申请 公开一种用于减轻运载工具以大于运载工具的临界 马 赫数的速度行进时的不期望的效应的方法、设备和系统。使用与以大于运载工具的临界马赫数的速度行进的运载工具的内部结构相关联的多个紫外线 能量 源生成紫外线能量。将紫外线能量从多个紫外线能量源传输穿过在运载工具的选择 位置 周围的运载工具的外部, 等离子体 在选择位置周围产生,以减轻运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进时的不期望的效应。
权利要求

1.一种设备包含:
与运载工具的内部结构相关联的多个紫外线能量源,所述运载工具能够以大于所述运载工具的临界赫数的速度行进;以及
多个光导管,所述多个光导管被耦接到所述多个紫外线能量源,并且将紫外线能量从所述多个紫外线能量源传输穿过在所述运载工具的选择位置周围的所述运载工具的外部,以在所述选择位置周围产生等离子体
2.根据权利要求1所述的设备,其中所述等离子体改变所述选择位置周围的空气的黏度,以实现如下至少之一:
(a)减轻当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时产生的冲击效应,
(b)当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时降低阻,和
(c)当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时降低所述运载工具的不期望的加热。
3.根据权利要求1所述的设备,其中所述等离子体包含带电离子,所述带电离子实现如下至少之一:(a)降低所述选择位置周围的空气的黏度,由此引起所述空气从所述运载工具的表面被排斥,和(b)将能量增加到所述选择位置周围的边界层内侧的空气,这帮助维持在所述选择位置周围所述边界层到所述运载工具的附连。
4.根据权利要求1所述的设备,其中所述等离子体保护所述选择位置免受定向能量侵袭。
5.根据权利要求1所述的设备,其中所述多个紫外线能量源中的紫外线能量源选自发光二极管或激光装置其中之一。
6.根据权利要求1所述的设备,其中所述紫外线能量具有小于大约300纳米的波长
7.根据权利要求1所述的设备,其中所述紫外线能量选自远紫外线能量和中紫外线能量其中之一。
8.根据权利要求1所述的设备,进一步包含:
在所述运载工具的所述外部上的防护涂层,其中所述防护涂层对所述紫外线能量是透明的。
9.根据权利要求1所述的设备,其中所述选择位置在所述运载工具的控制表面的前缘上。
10.根据权利要求1所述的设备,其中所述选择位置在所述运载工具的机翼、机头段、控制表面、平稳定器、垂直稳定器、回转架或机身其中之一上。
11.根据权利要求1所述的设备,其中所述运载工具是跨音速运载工具、超音速运载工具和高超音速运载工具其中之一。
12.一种用于减轻运载工具以大于所述运载工具的临界马赫数的速度行进时的不期望的效应的方法,所述方法包含:
使用与所述运载工具的内部结构相关联的多个紫外线能量源生成紫外线能量,其中所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进;
将所述紫外线能量从所述多个紫外线能量源传输穿过在所述运载工具的选择位置周围的所述运载工具的外部;以及
在所述选择位置周围产生等离子体以减轻所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时的所述不期望的效应。
13.根据权利要求12所述的方法,其中产生所述等离子体包含:
在所述选择位置周围产生所述等离子体,使得所述选择位置周围的空气的黏度改变,以由此实现如下至少之一:(a)减轻当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时产生的冲击效应,以及(b)当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时降低阻力和所述运载工具的不期望的加热。
14.根据权利要求12所述的方法,其中产生所述等离子体包含:产生所述等离子体以保护所述选择位置免受定向能量侵袭。
15.根据权利要求12所述的方法,其中生成所述紫外线能量包含:生成具有小于大约
300纳米的波长的所述紫外线能量。

说明书全文

使用等离子体减轻冲击

技术领域

[0001] 本公开总体涉及超音速运载工具,并且具体地涉及减轻以超音速速度行进的不期望的效应。仍更具体地,本公开涉及使用等离子体来减轻运载工具以大于运载工具的临界赫数的速度行进时的不期望的效应的方法和设备。

背景技术

[0002] 超音速运载工具是能以超音速速度行进的运载工具,其中超音速速度是超过声速的速度。当超音速运载工具接近且越过声速时,有限的空气黏度的效应可以引起各种不期望的效应。这些不期望的效应可以包括但不限于:不期望的冲击效应、阻和超音速运载工具的不期望的加热。不期望的冲击效应可以包括例如弓形冲击、剪切冲击、一些其他类型的冲击或它们的组合,这些冲击增加了作用在超音速运载工具上的阻力。
[0003] 空气等离子体是减轻以超音速速度行进的不期望的效应的一种手段。用于生成空气等离子体的现有系统包括使用生成例如但不限于电晕并且放电以及微波无线电频率(RF)放电的系统。但是,这些当前可用的系统可以产生被超过期望地加热的空气等离子体。加热的空气等离子体可造成超音速运载工具不期望的加热,并且可影响超音速运载工具的空气动力学性能。
[0004] 此外,这些系统可产生不期望的信号,诸如无线电频率信号,这种信号可被检测到。更进一步,使用这些当前可用的系统控制下游产生的空气等离子体可能比期望的更困难。例如,空气等离子体可干扰超音速运载工具上的天线装置或天线孔的操作。因此,将期望的是具有一种方法和设备,它们考虑如上讨论的至少一些问题以及其他可能的问题。发明内容
[0005] 在一个说明性实施例中,一种设备包含多个紫外线能量源和多个光导管。多个紫外线能量源与能够以大于运载工具的临界马赫数的速度行进的运载工具的内部结构相关联。多个光导管被耦接到多个紫外线能量源,并且将紫外线能量从多个紫外线能量源传输穿过在运载工具的选择位置周围的运载工具外部以在选择位置的周围产生等离子体。
[0006] 在另一个说明性实施例中,等离子体生成系统包含多个紫外线能量源和多个光导管。多个紫外线能量源与超音速运载工具的内部结构相关联。多个光导管被耦接到多个紫外线能量源和超音速运载工具的外部。多个光导管将紫外线能量从多个紫外线能量源传输穿过在超音速运载工具的选择位置周围的超音速运载工具外部,以在选择位置周围产生等离子体。
[0007] 在又一个说明性实施例中,提供了一种方法,该方法用于减轻运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进的不期望的效应。使用与以超音速速度行进的运载工具的内部结构相关联的多个紫外线能量源来生成紫外线能量。紫外线能量被从多个紫外线能量源被传输穿过在运载工具的选择位置周围的运载工具的外部。等离子体在选择位置周围被产生,其减轻了运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进的不期望的效应。
[0008] 特征、功能能够在本公开的各种实施例中独立地实现或者可以在又一些其他实施例中被组合,其进一步的细节能够参见下列具体实施方式和附图而被了解。

附图说明

[0009] 被认为是说明性实施例的特性的新颖特征在随附的权利要求中阐述。然而,当结合附图阅读本公开时,参照本公开的说明性实施例的以下详细描述,说明性实施例和使用的优选模式、进一步目标以及其特征将得到最好的理解,其中:
[0010] 图1是根据说明性实施例的超音速运载工具的等轴视图的图示;
[0011] 图2是根据说明性实施例的等离子体生成系统的图示;
[0012] 图3是根据说明性实施例的方框图形式的运载工具的图示;
[0013] 图4是根据说明性实施例的流程图形式的用于减轻运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进的不期望的效应的过程的图示;
[0014] 图5是根据说明性实施例的流程图形式的用于减轻运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进的不期望的效应的过程的图示;
[0015] 图6是根据说明性实施例的方框图形式的运载工具制造以及维护方法的图示;以及
[0016] 图7是根据说明性实施例的方框图形式的超音速运载工具的图示。

具体实施方式

[0017] 说明性实施例认识并且考虑到不同的注意事项。例如,说明性实施例认识并且考虑到期望具有一种用于在运载工具周围生成等离子体以减轻在该运载工具处于跨音速、超音速或高超音速时产生的不期望的效应的方法和设备。作为一个说明性示例,期望具有一种用于在超音速飞行器周围生成等离子体以减轻当该超音速飞行器在跨音速、超音速或高超音速时产生的不期望的效应的方法和设备。
[0018] 特别地,说明性实施例认识并且考虑到紫外线能量可以被用于在运载工具周围生成等离子体。特别地,紫外线能量源(诸如但不限于,发光半导体)可以被用于在空气中生成等离子体离子而不需要加热空气。例如,具有紫外线波长的单光子可以被用于在空气中产生等离子体离子而不需要加热空气的帮助。
[0019] 此外,紫外线能量源可以被用于在超音速运载工具周围的选择位置周围的空气中产生等离子体,而没有等离子体流向下游并且干扰超音速运载工具上的传感器装置或孔的性能的险。紫外线能量源也可以是用于在超音速运载工具周围的空气中生成等离子体的简单且划算的解决方案。
[0020] 因此,说明性实施例提供一种用于在运载工具周围生成等离子体以减轻当该运载工具在跨音速、超音速或高超音速时发生的不期望的效应的方法和设备。在一个说明性示例中,使用与以大于运载工具的临界马赫数的速度行进的运载工具的内部结构相关联的多个紫外线能量源生成紫外线能量。该紫外线能量被从多个紫外线能量源传输通过运载工具的选择位置周围的运载工具外部。在选择位置周围产生的等离子体减轻了运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进时的不期望的效应。
[0021] 现在参考附图,并且更具体地参考图1,根据说明性实施例描绘了超音速运载工具的等轴视图的图示。在这个说明性示例中,超音速运载工具100包括机身102、机头段104、机翼106、机翼108、机尾段110、发动机112和发动机114。
[0022] 在图1中,超音速运载工具100的多个区域116是有区别的。多个区域116可以包括例如但不限于:区域118、区域120、区域122、区域124、区域126、区域128、区域134或超音速运载工具100的一些其他区域中的至少一个。
[0023] 如本文所使用的,当术语“至少一个”与一系列项目一起被使用时,意思是可以使用被列出项目的一个或多个的不同组合并且可以只需要该系列项目中的一个。该项目可以是特定对象、事物、步骤、操作、过程或种类。也就是说,“至少一个”的意思是可以使用来自该系列的项目或数个项目的任意组合,但是可以不要求该系列中的所有项目。
[0024] 例如但不限于,“项目A、项目B或项目C的至少一个”或“项目A、项目B和项目C的至少一个”可以指项目A;项目A和项目B;项目B;项目A、项目B和项目C;或项目A和项目C。在一些情况下,“项目A、项目B或项目C的至少一个”或“项目A、项目B和项目C的至少一个”可以指,但不限于,两个项目A、一个项目B、和十个项目C;四个项目B和七个项目C;或一些其他适合的组合。
[0025] 根据超音速运载工具100的实施方式,多个区域116中的每个区域可以包含各种类型的结构。在一个说明性示例中,区域118可以包括前向段、前椎体段、前机身或超音速运载工具100的一些其他前向部分。
[0026] 区域120和区域122可以分别沿机翼106和机翼108的前缘被定位。区域120可以包括形成机翼106的前缘的一个或多个结构。区域122可以包括形成机翼108的前缘的一个或多个结构。根据实施方式,区域120和区域122可以每个均包括边条、前翼、缝翼或一些其他类型的控制表面中的至少一个的至少一部分。
[0027] 区域124可以临近尾翼定位并且沿着超音速运载工具100的机尾段110的前缘或横跨整个表面积。在一个说明性示例中,区域124可以包括垂直稳定器或平稳定器、方向、方向升降舵、水平升降舵(未被示出,但是本领域的技术人员已知)或一些其他类型的控制表面中的至少一个。区域126和区域128可以每个均包括副翼、扰流板、襟翼、襟副翼或一些其他类型的机翼控制表面或后缘控制表面中的至少一个。
[0028] 在这个说明性示例中,区域134包括与超音速运载工具100相关联的回转架(turret)。如本文所使用的,当一个部件诸如回转架与另一个部件诸如超音速运载工具100“相关联”时,这种关联在描绘的示例中是物理关联。例如,第一部件诸如回转架可以被认为与第二部件诸如超音速运载工具100相关联,该相关联通过固定到第二部件、粘结到第二部件、安装到第二部件、焊接到第二部件、紧固到第二部件或以一些其他合适的方式连接到第二部件中的至少一种。第一部件也可以使用第三部件而被连接到第二部件。此外,第一部件可以通过形成为第二部件的一部分、作为第二部件的外延或两者而被认为与第二部件相关联。
[0029] 当区域134包括回转架时,这个回转架可以被用于容纳雷达系统、定向能量武器或一些其他类型的系统的一个或多个部件。在一些情况下,回转架可以被用于容纳与用于导航、通信或情报、监视和侦察(ISR)的至少一个的部件和系统相关的传感器。在一些情况下,回转架可以被用于与电子对抗、红外线对抗或两者相关的部件。
[0030] 超音速运载工具100能够以高于1马赫的速度行进。马赫数,诸如1马赫、2马赫、4马赫或7马赫可以是空速与声速的比值。在一些说明性示例中,超音速运载工具100采取的形式为可以用超过超音速速度的速度行进的高超音速运载工具。例如,超音速运载工具100可能够以高于大约5马赫的速度行进。
[0031] 当超音速运载工具100接近声速时,超音速运载工具100可以变为跨音速。当超音速运载工具100处于跨音速时,气流132的一系列速度可以存在于超音速运载工具100的周围并且流过超音速运载工具100。该系列速度可以包括同时低于、处于和高于声速的速度。例如但不限于,该系列速度可以在大约0.8马赫与大约1.2马赫之间。
[0032] 在这些说明性示例中,当超音速运载工具100以在超音速运载工具100的临界马赫数和大于声速的较高速度之间的速度行进时,超音速运载工具100可以被认为处于跨音速。超音速运载工具100的临界马赫数是最低马赫数,在这个速度下,超音速运载工具100的一些部分上的气流132达到声速,但是不超过声速。
[0033] 当超音速运载工具100以大于临界马赫数的速度行进时,局部区域的跨音速气流、音速气流和超音速气流可以在超音速运载工具100周围产生并且流过超音速运载工具100。这些局部区域的气流可以产生冲击波,进而可产生不期望的空气动力学阻力并且在一些情况下产生其他类型的不期望的空气动力学效应。
[0034] 在一个说明性示例中,当超音速运载工具100以在大约0.8马赫与大约1.2马赫之间的跨音速速度行进时,超音速运载工具100可以被认为处于跨音速。在这个说明性示例中,当超音速运载工具100以高于大约1.2马赫的超音速速度行进时,超音速运载工具100可以被认为处于超音速。此外,在这个说明性示例中,当超音速运载工具100以高于选择阈值速度(这个选择阈值速度可以是,例如但不限于大约5马赫)的高超音速速度行进时,超音速运载工具100可以被认为处于高超音速。
[0035] 当超音速运载工具100以跨音速速度、超音速速度或高超音速速度行进时,等离子体生成系统(在这个视图中未示出)可以被用于减轻由于以跨音速速度、超音速速度或高超音速速度行进所产生的不期望的效应。这些不期望的效应可以包括,例如但不限于:不期望的冲击效应、阻力、超音速运载工具100的不期望的加热、一些其他类型的不期望的效应或它们的一些组合。
[0036] 等离子体生成系统(未示出)可以包括耦接在超音速运载工具100的多个区域116的紫外线能量源。紫外线能量源可以生成被用于在多个区域116周围的空气中产生等离子体离子的紫外线能量。这个紫外线能量可以采取的形式有例如但不限于远紫外线辐射、中紫外线辐射或一些其他类型的电离紫外线能量。
[0037] 在一个说明性示例中,从多个区域116发出的紫外线能量可以是电离紫外线辐射。这个电离紫外线辐射可以采取具有小于大约300纳米的波长的紫外线辐射的形式。在一个说明性示例中,电离紫外线辐射可以具有小于大约280纳米的波长。在另一个说明性示例中,电离紫外线辐射可以具有小于大约180纳米的波长。
[0038] 当电离紫外线辐射与空气分子接触时,至少一部分空气分子被电离,由此产生等离子体离子。在空气中的等离子体离子可以被称为等离子体或空气等离子体。
[0039] 就在超音速运载工具100变为跨音速之前或当超音速运载工具100处于跨音速或超音速时,在多个区域116周围的空气中产生等离子体可以改变多个区域116周围的空气的黏度,这由此减轻了超音速运载工具100处于跨音速或超音速时的不期望效应。例如但不限于,改变多个区域116周围的空气的黏度通过减少由空气逆着超音速运载工具100流动产生的冲击波的形成来减轻不期望的冲击效应。在一个说明性示例中,降低多个区域116周围的空气的黏度可以减少冲击波的形成。
[0040] 特别地,等离子体可以影响边界层内和外侧的空气。边界层由紧邻超音速运载工具100的外部表面的空气层形成。在一些情况下,沿这个表面可以同时存在多种类型的边界层。
[0041] 空气中的等离子体离子携带降低空气黏度的电荷。特别地,带电离子可以帮助使得从超音速运载工具100的表面排斥空气。这种排斥也改变边界层的密度和厚度。增加边界层的厚度帮助降低阻力。通过降低空气的黏度,防止空气在超音速运载工具100的表面被减速或被停止。
[0042] 此外,边界层内的空气具有低的能量。等离子体离子可以将能量增加到该空气。使用等离子体重新充能边界层内侧的空气允许边界层中的空气逆着飞行期间产生的逆压梯度行进得更远。当边界层分离距离超音速运载工具100更远时,阻力降低。因此,等离子体帮助维持边界层到超音速运载工具100的附连。
[0043] 在跨音速和超音速飞行期间,冲击波可以通过来自超音速运载工具100的气流扰动的连贯聚合而形成。改变冲击波的冲击结构并且向上游移动冲击波可以降低这些冲击波对超音速运载工具100的不期望的效应。等离子体可以被用于改变冲击波的冲击结构以及位置。特别地,等离子体可以被用于改变冲击结构、减少冲击波形成或改变冲击波的形成的位置中的至少一个,由此来减小阻力。
[0044] 此外,等离子体也可以被用于控制包括回转架的区域134附近的冲击效应,以控制与被容纳在回转架内的部件相关的异常或潜在的干扰。例如,等离子体可以被用于控制在回转架中使用的传感器的功能异常。
[0045] 在多个区域116周围生成的等离子体可以是冷的等离子体,这些冷的等离子可以帮助降低并且在一些情况下阻止当超音速运载工具100以超音速速度行进时超音速运载工具100的不期望加热。此外,在多个区域116周围生成的等离子体可以帮助保护多个区域116免于定向能量侵袭。
[0046] 现在转向图2,根据说明性实施例描绘了等离子体生成系统的图示。在这个说明性示例中,等离子体生成系统200可以是可以与图1中的超音速运载工具100一起使用的一种类型的等离子体生成系统的示例。
[0047] 如图所示,等离子体生成系统200与来自图1的超音速运载工具100的区域120相关联。超音速运载工具100的外部202可以包含外部表面204。外部表面204可以包含连续表面或不连续表面。内部结构206存在于外部表面204下面。内部结构206可以采取平板、框架结构或定位在外部表面204下面的一些其他类型的结构的形式。
[0048] 在这个说明性示例中,等离子体生成系统200包括多个紫外线能量源208和多个光导管210。多个紫外线能量源208可以采取例如但不限于多个发光二极管或多个激光装置的形式。
[0049] 多个紫外线能量源208被耦接到内部结构206。多个光导管210被定位在超音速运载工具100的内部结构206与外部表面204之间。特别地,多个光导管210被耦接到多个紫外线能量源208和由外部表面204形成的外部202。
[0050] 多个紫外线能量源208生成紫外线能量212。多个光导管210将紫外线能量212从多个紫外线能量源208传输通过超音速运载工具100的外部202。也是就是说,多个光导管将紫外线能量212从超音速运载工具100内侧传输到超音速运载工具100的外侧。
[0051] 紫外线能量源214是多个紫外线能量源208的其中一个的示例。光导管216是多个光导管210的其中一个的示例。紫外线能量源214可以生成紫外线能量212,紫外线能量212被光导管216通过超音速运载工具100的外部202传输出超音速运载工具100以形成紫外线能量212的光束218。
[0052] 光束218可以从位置220处的光导管216被发射。在一个说明性示例中,在外部表面204的位置220处的外部表面204的一部分可以包含对从光导管216发射出的紫外线能量212的光束218透明的材料。在另一个说明性示例中,位置220处可以存在开口。
[0053] 由等离子体生成系统200在区域120的外侧生成的紫外线能量212可以在区域120的周围空气中产生等离子体离子。特别地,紫外线能量212在区域120周围产生等离子体,这改变空气的黏度以帮助减轻以超音速速度行进的不期望效应。
[0054] 在一个说明性示例中,紫外线能量源214可以被配置为大约1千瓦特的功率输出。在一些情况下,紫外线能量源214可以被配置为大约1到大约10000瓦特的功率输出。这些功率输出可以通过紫外线能量源214使用脉冲波形、连续波形或它们的组合来获得。这种脉冲的和/或连续的波形可以被施加给多个紫外线能量源208的一个、所有或交替的系列紫外线能量源,以在操作期间获得到感兴趣的多个区域116周围的附近气流132的期望的光束218能量转移。
[0055] 在一个说明性示例中,紫外线能量源214可以被配置为在选择的时间周期中连续地或按照每秒或每分钟选择数量的脉冲发射紫外线能量212。增加紫外线能量源214的功率输出、增加每单位时间紫外线能量的脉冲的数量或两者都可以增加等离子体的密度。增加空气中等离子体离子的密度可以增加等离子体在减轻超音速运载工具100以大于临界马赫数的速度行进的不期望效应方面的有益效果。
[0056] 图1中的超音速运载工具100和图2中的等离子体生成系统200的图示不意味着暗示了对实施说明性实施例可以采用的方式的物理或构造限制。也可以使用除了图示出的部件之外的或可替换图示出的部件的其他部件。一些部件是可选的。
[0057] 现在参考图3,根据说明性实施例以方框图的形式描绘了运载工具的图示。在这个说明性示例中,运载工具300可以采取飞行器、航天器、火箭、导弹或能够在空气中行进的其他类型的运载工具的形式。
[0058] 在其他说明性示例中,运载工具300可以采取地面运载工具的形式,诸如但不限于超音速汽车。在一些情况下,运载工具300可以采取水上运载工具或能够既在空气中也能够在水上行进的运载工具的形式。
[0059] 在这个说明性示例中,运载工具300能够以运载工具300的临界马赫数的速度行进。此外,运载工具300能够以大于运载工具300的临界马赫数的速度行进。运载工具300的临界马赫数是最低马赫数,在该马赫数下,运载工具300的一些部分上的气流达到声速,但没有超过声速。
[0060] 当运载工具300以大于运载工具300的临界马赫数的速度行进时,运载工具300周围的一部分气流可以大于声速。也就是说,当运载工具300以大于运载工具300的临界马赫数的速度行进时,运载工具300周围的一部分气流是超音速。跨音速速度可以是在临界马赫数与大于声速的较高速度之间的速度。在这个速度范围内时,一些气流是超音速,而气流的很大一部分可以不是超音速。在超音速速度下,如果不是所有气流也是气流的大部分是超音速。
[0061] 当运载工具300能够以超音速速度行进时,运载工具300可以被称为超音速运载工具302。图1中的超音速运载工具100是图3中的超音速运载工具302的一个实施方式的示例。在其他说明性示例中,当运载工具300仅能够以与跨音速速度一样快的速度行进时,运载工具300被称为跨音速运载工具。当运载工具300能够以高超音速速度行进时,运载工具300可以被称为高超音速运载工具。
[0062] 当运载工具300以大于运载工具300的临界马赫数的速度行进时,可以生成冲击波。这些冲击波可以具有影响运载工具300的性能和操作的不期望的效应。等离子体生成系统303可以与运载工具300相关联并且被用于减轻运载工具300以大于运载工具300的临界马赫数的速度行进时的不期望的效应。图2中的等离子体生成系统200可以是等离子体生成系统303的一个实施方式的示例。
[0063] 在这个说明性示例中,等离子体生成系统303可以包括多个紫外线能量源304和多个光导管306。多个紫外线能量源304可以被耦接到运载工具300的内部结构308。内部结构308可以采取平板、框架结构或在运载工具300内部的一些其他类型的结构的形式。内部结构308可以起到用于多个紫外线能量源304 的支撑结构的作用。内部结构308可以包含任意数量的杆、梁、平板、其他类型的结构构件或它们的一些组合。
[0064] 紫外线能量源310可以是多个紫外线能量源304其中之一的示例。紫外线能量源310可以采取发光二极管312、激光装置314、一些其他类型的半导体装置、或能够生成紫外线能量316的一些其他类型的装置的形式。在一些情况下,紫外线能量源310可以采取压电装置的形式。
[0065] 由多个紫外线能量源304生成的紫外线能量316可以采取远紫外线辐射318、中紫外线辐射320、或一些其他类型的电离紫外线能量的形式。在这些说明性示例中,紫外线能量316可以具有小于大约300纳米的波长。
[0066] 多个光导管306可以被耦接到多个紫外线能量源304。多个光导管306可以携带紫外线能量316或另外地将紫外线能量316从多个紫外线能量源304穿过运载工具300的外部322传输到运载工具300外侧。
[0067] 光导管324是多个光导管306的其中之一的示例。光导管324可以包含对紫外线能量316是透明的材料。例如,光导管324可以包含石英材料,石英玻璃、蓝宝石或一些其他类型的材料的至少一种。
[0068] 在这个说明性示例中光导管324可以被耦接到紫外线能量源310。光导管324可以携带由紫外线能量源310生成的紫外线能量316,使得紫外线能量316的光束在沿外部322的选择位置326处穿过运载工具300的外部322被发射到运载工具300的外侧。
[0069] 响应于紫外线能量316从光导管324被发射,在选择位置326周围产生了等离子体328。等离子体328由选择位置326周围的空气中的等离子体离子的产生而被产生。在这个说明性示例中,等离子体328采取冷的等离子体的形式,这可以帮助减少或防止选择位置326周围的运载工具300的不期望的加热。
[0070] 紫外线能量316可以被多个紫外线能量源304中的一个或多个其他紫外线能量源以类似于紫外线能量源310的方式产生。紫外线能量316可以被多个光导管306中的一个或多个其他光导管以类似于光导管324的方式从多个紫外线能量源304中的一个或多个其他紫外线能量源穿过运载工具300的外部322传输出去。
[0071] 以此方式,紫外线能量316可以在选择位置326处被从多个光导管306发射,使得等离子体328可以在选择位置326周围产生。等离子体328可以被用于改变选择位置326周围的空气黏度,以减轻当运载工具300以大于运载工具300的临界马赫数的速度行进时生成的冲击效应。此外,等离子体328可以改变选择位置326周围的空气黏度以便减小运载工具300以大于临界马赫数的速度行进时运载工具300的阻力和不期望的加热。
[0072] 特别地,等离子体328包含带电离子,这些带电离子可以通过引起空气从运载工具300的表面被排斥来帮助降低黏度。因此,在跨音速和超音速飞行期间空气可以更光滑地流过运载工具300的表面。
[0073] 此外,等离子体328可以将能量增加到选择位置326周围的边界层内侧的空气。重新充能边界层可以帮助维持在选择位置326周围边界层到运载工具300的附连并且造成边界层的分离发生得距离选择位置326更远。
[0074] 选择位置326可以是在运载工具300的控制表面的前缘上的位置。控制表面可以是例如一部分机翼、襟翼、副翼、水平稳定器、垂直稳定器或一些其他类型的稳定器。根据具体实施方式,选择位置326可以在作为运载工具300的一部分或与运载工具300相关联的一些其他类型的结构上。例如,选择位置326可以在从机翼、机头段、控制表面、稳定器、回转架、天线、与运载工具300相关联的突出结构、运载工具300的机身的一部分或一些其他结构之一选择的结构上或在其附近。
[0075] 在一些情况下,等离子体328也可以保护选择位置326免受定向能量侵袭。定向能量侵袭可以包括例如但不限于闪电侵袭。
[0076] 在一些说明性示例中,防护涂层330可以在运载工具300的外部322上形成。防护涂层330可以保护运载工具300的外部322,但对于紫外线能量316也可以是透明的。例如,光导管324可以发射紫外线能量316,紫外线能量316穿过防护涂层330到运载工具300外侧。在一些情况下,防护涂层330可以采取石英外壳的形式。在一些说明性示例中,防护涂层330可以包括一种材料,该材料包含如下至少一种:即石英材料、石英玻璃、蓝宝石或对于紫外线能量316是透明的一些其他类型的材料。
[0077] 在其他说明性示例中,防护涂层330对紫外线能量316可以不是透明的。例如但不限于,防护涂层330可以采取防热材料层的形式。防热材料可以包含碳材料、基陶瓷材料、陶瓷材料或一些其他类型的材料中的至少一种。
[0078] 在一些说明性示例中,防护涂层330可以由材料的第一多个部分和材料的第二多个部分形成,材料的第一多个部分对紫外线能量316透明并且覆盖多个光导管306,材料的第二多个部分包含防热材料。在另外其他的示例中,可以不使用防护涂层330并且可以使用热保护层来覆盖运载工具300的外部322的至少部分。多个光导管306可以物理地穿过这种热保护层,使得紫外线能量316可以被发射到运载工具300的外侧。
[0079] 图3中的运载工具300的图示不意味着暗示了对实施说明性实施例可以采用的方式的物理或构造的限制。可以使用除所示部件之外的或可替代示出的部件的其他部件。一些部件是可选的。并且,提供这些方框以示出一些功能性部件。当在说明性实施例中实施这些方框时,这些方框中的一个或多个可以被组合、拆分,或被组合且拆分成不同的方框。
[0080] 虽然等离子体生成系统303已经被描述为在运载工具300的选择位置326周围产生等离子体328,但是等离子体生成系统303可以包括被定位在运载工具300周围的不同的区域内以在其他位置产生等离子体的其他紫外线能量源和光导管。以此方式,等离子体生成系统303可以被用于在运载工具300周围的多个位置处减轻以大于临界马赫数的速度行进时的不期望的效应。
[0081] 现在参考图4,根据说明性实施例以流程图的形式描述了用于减轻运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进时的不期望的效应的过程的图示。在图4中示出的过程可以与运载工具一起使用,诸如但不限于:图1中的超音速运载工具100、图3中的运载工具300或一些其他类型的超音速运载工具或高超音速运载工具。
[0082] 该过程可以开始于通过使用与以大于运载工具的临界马赫数的速度行进的运载工具的内部结构相关联的多个紫外线能量源生成紫外线能量(操作400)。然后,将紫外线能量从多个紫外线能量源传输穿过在运载工具的选择位置周围的运载工具外部(操作402)。
[0083] 通过紫外线能量在选择位置周围产生等离子体以减轻运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进时的不期望的效应(操作404),其中之后该过程终止。在操作404中,不期望的效应可以包括但不限于:冲击效应、阻力、以及运载工具的不期望的加热。
[0084] 现在参考图5,根据说明性实施例以流程图的形式描述了用于减轻运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进时的不期望的效应的过程的图示。在图5中示出的过程可以与运载工具一起使用,诸如但不限于:图1中的超音速运载工具100、图3中的运载工具300或一些其他类型的超音速运载工具或高超音速运载工具。
[0085] 该过程可以开始于通过使用与以大于运载工具的临界马赫数的速度行进的运载工具的内部结构相关联的多个紫外线能量源生成具有小于大约300纳米的波长的紫外线能量(操作500)。紫外线能量可以是例如但不限于远紫外线辐射。
[0086] 下一步,将紫外线能量从多个紫外线能量源通过多个光导管传输穿过在运载工具的选择位置周围的运载工具外部(操作502)。通过紫外线能量在选择位置周围产生等离子体,使得选择位置周围的空气的黏度改变,以便在运载工具以大于运载工具的临界马赫数的速度行进时由此减轻冲击效应、降低阻力并且减少运载工具的不期望的加热(操作504),其中该过程随后终止。
[0087] 在不同的描绘的实施例中的流程图和方框图示出了在说明性实施例中的设备和方法的一些可能实施方式的构造、功能和操作。就此而言,流程图或方框图中的每个方框可以表示模片段、功能和/或操作或步骤的一部分。
[0088] 在说明性实施例的一些可替代实施方式中,方框中提到的一个或多个功能可以不按图形中提到的顺序发生。例如,在一些情况下,连续示出的两个方框可基本同时执行,或者这些方框有时可以以相反的顺序执行,这取决于所涉及的功能。另外,除了流程图或方框图中示出的方框,可加入其他方框。
[0089] 本公开的说明性实施例可以被描述在图6中示出的运载工具制造和维护方法600以及图7中示出的超音速运载工具700的背景中。首先转向图6,根据说明性实施例描绘了运载工具制造和维护方法的图示。在预生产期间,运载工具制造和维护方法600可以包括图7中的超音速运载工具700的规格和设计602以及材料采购604。
[0090] 在生产期间,图7中的超音速运载工具700的部件和装配件制造606以及系统集成608发生。随后,图7中的超音速运载工具700可以经过认证和交付610以投入使用612。当由客户使用612时,图7中的超音速运载工具700定期进行日常维修和维护614,其可以包括改进、重新配置、翻新和其他维修或维护。
[0091] 运载工具制造和维护方法600的每个过程可由系统集成商、第三方和/或操作者执行或实现。在这些实例中,操作者可以是客户。出于本说明书的目的,系统集成商可包括,但不限于,任何数量的运载工具制造商和主系统转包商;第三方可以包括,但不限于,任何数量的销售商、转包商和供应商;并且操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
[0092] 现在参考图7,描绘了超音速运载工具的图示,其中说明性实施例可以被实施在超音速运载工具中。在这个实例中,超音速运载工具700由图6中的运载工具制造和维护方法600制造,并且可以包括具有多个系统704的机身702和内部706。系统704的示例包括推进系统708、电气系统710、液压系统712和环境系统714中的一个或更多个。可以包括任何数量的其他系统。虽然示出了航空器示例,但是不同的说明性实施例可以应用到其他行业,如汽车行业。
[0093] 本文描述的设备和方法可以被运用在图6中的运载工具制造和维护方法600的至少一个阶段期间。特别地,在运载工具制造和维护方法600的任一阶段期间,来自图2的等离子体生成系统200和来自图3的等离子体生成系统303可以被形成并且增加到超音速运载工具700。例如但不限于,在运载工具制造和维护方法600的部件和装配件制造606、系统集成608、维修和维护614或一些其他阶段的至少一个阶段期间,来自图2的等离子体生成系统
200或来自图3的离子体生成系统303可以作为超音速运载工具700的一部分被形成。此外,当超音速运载工具700被投入使用612时,来自图2的等离子体生成系统200或来自图3的等离子体生成系统303可以被使用以在超音速飞行期间减轻不期望的效应。
[0094] 在一个说明性示例中,图6中的部件和装配件制造606中生产的部件或装配件可以以类似于超音速运载工具700处于图6中的投入使用612时生产的部件或装配件的方式被制作或制造。作为又一个示例,一个或更多个设备实施例、方法实施例或它们的组合可以在生产阶段中被利用,如在图6中的部件和装配件制造606和系统集成608阶段被利用。一个或更多个设备实施例、方法实施例或它们的组合可以在超音速运载工具700处于图6中的投入使用612和/或在维修和维护614期间被使用。数个不同说明性示例的使用可以基本上加快超音速运载工具700的装配和/或降低超音速运载工具700的成本。
[0095] 条款1.一种设备包含:
[0096] 与运载工具的内部结构相关联的多个紫外线能量源,所述运载工具能够以大于所述运载工具的临界马赫数的速度行进;以及
[0097] 多个光导管,所述多个光导管被耦接到所述多个紫外线能量源并且将紫外线能量从所述多个紫外线能量源传输穿过在所述运载工具的选择位置周围的所述运载工具的外部,以在所述选择位置周围产生等离子体。
[0098] 条款2.根据条款1所述的设备,其中所述等离子体改变所述选择位置周围的空气的黏度,以便减轻当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时产生的冲击效应。
[0099] 条款3.根据条款1所述的设备,其中所述等离子体包含带电离子,所述带电离子降低所述选择位置周围的空气的黏度,由此引起所述空气从所述运载工具的表面被排斥。
[0100] 条款4.根据条款1所述的设备,其中所述等离子体包含带电离子,所述带电离子将能量增加到所述选择位置周围的边界层内侧的空气,这帮助维持在所述选择位置周围所述边界层到所述运载工具的附连。
[0101] 条款5.根据条款1所述的设备,其中所述等离子体改变所述选择位置周围的空气的黏度以便当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时降低阻力。
[0102] 条款6.根据条款1所述的设备,其中所述等离子体改变所述选择位置周围的空气的黏度以便当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时降低所述运载工具的不期望的加热。
[0103] 条款7.根据条款1所述的设备,其中所述等离子体保护所述选择位置免受定向能量侵袭。
[0104] 条款8.根据条款1所述的设备,其中所述多个紫外线能量源中的紫外线能量源选自发光二极管或激光装置其中之一。
[0105] 条款9.根据条款1所述的设备,其中所述紫外线能量具有小于大约300纳米的波长。
[0106] 条款10.根据条款1所述的设备,其中所述紫外线能量选自远紫外线能量和中紫外线能量其中之一。
[0107] 条款11.根据条款1所述的设备,进一步包含:
[0108] 在所述运载工具的所述外部上的防护涂层,其中所述防护涂层对所述紫外线能量是透明的。
[0109] 条款12.根据条款1所述的设备,其中所述选择位置在所述运载工具的控制表面的前缘上。
[0110] 条款13.根据条款1所述的设备,其中所述选择位置在所述运载工具的机翼、机头段、控制表面、水平稳定器、垂直稳定器、回转架或机身其中之一上。
[0111] 条款14.根据条款1所述的设备,其中所述运载工具是跨音速运载工具、超音速运载工具和高超音速运载工具其中之一。
[0112] 条款15.一种等离子体生成系统包含:
[0113] 与超音速运载工具的内部结构相关联的多个紫外线能量源,以及
[0114] 多个光导管,所述多个光导管被耦接到所述多个紫外线能量源和所述超音速运载工具的外部,并且将紫外线能量从多个紫外线能量源传输穿过在所述超音速运载工具的选择位置周围的所述超音速运载工具的所述外部,以在所述选择位置周围产生等离子体。
[0115] 条款16.根据条款15所述的等离子体生成系统,其中所述多个光导管包含:
[0116] 光导管,其被耦接到所述多个紫外线能量源中的对应的紫外线能量源,以将所述紫外线能量从所述对应的紫外线能量源传输穿过在所述选择位置周围的所述超音速运载工具的所述外部。
[0117] 条款17.根据条款15所述的等离子体生成系统,其中所述等离子体降低所述选择位置周围的空气的黏度,以便当所述超音速运载工具以大于所述运载工具的临界马赫数的速度行进时实现减轻冲击效应、降低阻力或降低所述超音速运载工具的不期望的加热中的至少一个。
[0118] 条款18.一种用于减轻运载工具以大于所述运载工具的临界马赫数的速度行进时的不期望的效应的方法,所述方法包含:
[0119] 使用与所述运载工具的内部结构相关联的多个紫外线能量源生成紫外线能量,其中所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进;
[0120] 将所述紫外线能量从所述多个紫外线能量源传输穿过在所述运载工具的选择位置周围的所述运载工具的外部;以及
[0121] 在所述选择位置周围产生等离子体以减轻所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时的所述不期望的效应。
[0122] 条款19.根据条款18所述的方法,其中产生所述等离子体包含:
[0123] 在所述选择位置周围产生所述等离子体,使得所述选择位置周围的空气的黏度改变,以由此减轻当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时产生的冲击效应。
[0124] 条款20.根据条款18所述的方法,其中产生所述等离子体包含:
[0125] 在所述选择位置周围产生所述等离子体,使得所述选择位置周围的空气的黏度改变,以便当所述运载工具以大于所述运载工具的所述临界马赫数的所述速度行进时由此降低阻力和所述运载工具的不期望的加热。
[0126] 条款21.根据条款18所述的方法,其中产生所述等离子体包含:
[0127] 产生所述等离子体以保护所述选择位置免受定向能量侵袭。
[0128] 条款22.根据条款18所述的方法,其中生成所述紫外线能量包含:
[0129] 生成具有小于大约300纳米的波长的所述紫外线能量。
[0130] 已经呈现出的不同的说明性实施例的描述的目的是说明和描述,并且并不旨在以公开的形式穷尽或限制这些示例。对于本领域的技术人员来说,许多修改和变化将是明显的。此外,与其他期望的示例相比,不同的说明性实施例可以提供不同的特征。所选一个或更多个实施例被选择和描述以便最佳地解释实施例的原理、实际应用并使本领域普通技术人员能够理解针对具有各种修改的各个实施例的本公开也适于预期的特定用途。
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