DE102006028614B4 - Method for operating a flow area element with plasma generation devices - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Strömungsflächenelements (1) mit mehreren über das Strömungsflächenelement (1) verteilten Plasmaerzeugungseinrichtungen (2), die als dielektrisch behinderte Entladungseinrichtungen ausgebildet sind und Elektroden (5, 6, 7, 8) aufweisen, wobei a) elektrische Leistungspulse (12) erzeugt werden, b) erste Elektroden (6) der Plasmaerzeugungseinrichtungen (2) mit den Leistungspulsen (12) beaufschlagt werden, c) im Bereich der ersten Elektroden (6) der Plasmaerzeugungseinrichtungen (2), die mit den Leistungspulsen (12) beaufschlagt werden, ein Plasma in einem die ersten Elektroden (6) umgebenden gasförmigen Medium erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass d) periodische Signale (10a, 10b, 10c) erzeugt werden, die von den elektrischen Leistungspulsen qualitativ unterschiedlich sind, wobei zumindest zwei periodische Signale (10a, 10b, 10c, ...) eine Phasenverschiebung aufweisen, e) zweite Elektroden (5a, 5b, 5c), die im Umgebungsbereich der ersten Elektroden (6) und des erzeugten Plasmas angeordnet sind, von den eine Phasenverschiebung aufweisenden periodischen Signalen (10a, 10b, 10c, ...) beaufschlagt werden, wodurch im Bereich der zweiten Elektroden (5a, 5b, 5c) ausschließlich Kräfte auf ionisierte Teilchen des erzeugten Plasmas ausgeübt werden, f) durch die Beaufschlagung der zweiten Elektroden (5a, 5b, 5c) mit den eine Phasenverschiebung aufweisenden periodischen Signalen (10a, 10b, 10c) und die auf die ionisierten Teilchen des Plasmas ausgeübten Kräfte eine Förderbewegung des Plasmas entlang dem Strömungsflächenelement (1) erzeugt wird.Method for operating a flow sheet element (1) with a plurality of plasma generating devices (2) distributed over the flow sheet element (1), which are designed as dielectrically disabled discharge devices and have electrodes (5, 6, 7, 8), a) electrical power pulses (12) b) first electrodes (6) of the plasma generating devices (2) are supplied with the power pulses (12), c) in the area of the first electrodes (6) of the plasma generating devices (2), which are supplied with the power pulses (12), a plasma is generated in a gaseous medium surrounding the first electrodes (6), characterized in that d) periodic signals (10a, 10b, 10c) are generated which are qualitatively different from the electrical power pulses, at least two periodic signals (10a , 10b, 10c, ...) have a phase shift, e) second electrodes (5a, 5b, 5c) which are in the vicinity of the first electrodes (6) and of the generated plasma are arranged, from which periodic signals (10a, 10b, 10c, ...) having a phase shift are applied, so that only forces are exerted on ionized particles of the generated plasma in the region of the second electrodes (5a, 5b, 5c) , f) by the action of the second electrodes (5a, 5b, 5c) with the periodic signals (10a, 10b, 10c) having a phase shift and the forces exerted on the ionized particles of the plasma, a conveying movement of the plasma along the flow surface element (1) is produced.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Strömungsflächenelements mit mehreren über das Strömungsflächenelement verteilten Plasmaerzeugungseinrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating a flow area element with a plurality of plasma generation devices distributed over the flow area element according to the preamble of claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Bei einem Flug eines Luftfahrzeugs mit hohen Unterschallmachzahlen kann es bei der Umströmung von Tragflügeln zur Ausbildung lokaler Überschallgebiete auf der Oberseite der Tragflügel kommen. Dieses Überschallgebiet wird, insbesondere unter ”Off Design”-Flugbedingungen, durch einen Verdichtungsstoß abgeschlossen. Beim Durchgang durch den Stoß steigt die Entropie des Strömungsmediums, während gleichzeitig der Ruhedruck sinkt. Hierdurch wird ein so genannter Wellenwiderstand verursacht, der typisch ist für den Transsonikbereich. Weiterhin kann die Wechselwirkung des Verdichtungsstoßes mit der Grenzschicht auf dem Tragflügel zu einer Ablösung der Grenzschicht führen, was zu weiteren Verlusten führt. Zusätzlich können Strömungsschwingungen auftreten. Für bekannte Maßnahmen zur Beeinflussung eines derartigen Verdichtungsstoßes und dessen Auswirkungen kommen

  • – eine Ventilation, insbesondere über perforierte Platten oder Rillen in der Oberfläche des Tragflügels,
  • – eine aktive Grenzschichtabsaugung,
  • – Konturbeulen in der Oberfläche des Tragflügels,
  • – adaptive Oberflächen und/oder
  • – mechanische Wirbelgeneratoren
zum Einsatz.In the case of a flight of an aircraft with high subsonic numbers, it may occur during the flow around the wings to form local supersonic areas on the top of the wing. This supersonic area is completed by a compression shock, particularly under off design flight conditions. When passing through the shock entropy of the flow medium increases while at the same time the resting pressure decreases. As a result, a so-called characteristic impedance is caused, which is typical for the Transsonikbereich. Furthermore, the interaction of the compression shock with the boundary layer on the wing can lead to a separation of the boundary layer, which leads to further losses. In addition, flow vibrations can occur. For known measures to influence such a compression shock and its effects come
  • A ventilation, in particular via perforated plates or grooves in the surface of the wing,
  • An active boundary layer suction,
  • Contour bumps in the surface of the wing,
  • - adaptive surfaces and / or
  • - mechanical vortex generators
for use.

Andererseits erzeugt ein Flugzeug auch in einer Niedrigflugphase während eines Starts und einer Landung unerwünschten Lärm. Zur Beeinflussung dieser Lärmquellen während eines Starts und einer Landung ist es bekannt, mechanische Wirbelgeneratoren einzusetzen. Bei Kraftfahrzeugen erfolgt ebenfalls eine Beeinflussung der Strömungsverhältnisse über mechanische Elemente und Strömungsflächenelemente wie beispielsweise einen Spoiler.On the other hand, even in a low-flying phase during take-off and landing, an aircraft generates undesirable noise. To influence these noise sources during takeoff and landing, it is known to use mechanical vortex generators. In the case of motor vehicles, influencing of the flow conditions also takes place via mechanical elements and flow surface elements such as, for example, a spoiler.

Für die vorgenannten unterschiedlichen Typen von Fahrzeugen ist in der jüngsten Vergangenheit wiederholt der Versuch unternommen worden, die Strömungsverhältnisse durch Einsatz von Plasmaerzeugungseinrichtungen zu beeinflussen.For the aforementioned different types of vehicles, an attempt has been made in the recent past repeatedly to influence the flow conditions by using plasma generating devices.

US 6 570 333 B1 offenbart das Einbringen eines Paars von Leitern unter eine Isolation einer flachen oder gekrümmten Oberfläche eines Fahrzeugs, welches sich in der Luft, wie beispielsweise ein Luftfahrzeug, im Wasser, wie beispielsweise ein Schiff, oder auf dem Boden, wie beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug, bewegt. Das Paar von Leitern wird mit hochfrequenter Energie derart beaufschlagt, dass ein gasförmiges Medium in der Umgebung der Oberfläche ein Plasma ausbildet. Die Leiter bilden hierbei Elektroden, die voneinander beabstandet sind und parallel zueinander orientiert sind. Infolge des ausgebildeten Plasmas kann es zu einer Reduzierung des Strömungswiderstands des Fahrzeugs kommen. Eine Anordnung der Leiter ist auch in kleinen Bereichen eines Luftfahrzeugs möglich, um den Strömungswiderstand unsymmetrisch zur Längsachse des Fahrzeugs zu verändern, wodurch eine sich nicht bewegende Steuerungs-Oberfläche gegeben ist. Weiterhin können die Leiter im Bereich eines Eingangs, im Bereich des Inneren oder im Auslassbereich einer Turbine angeordnet sein, um über die Beeinflussung der Strömung eine Veränderung der Leistungscharakteristik zu erzielen. In Folge der Ausbildung des Plasmas kann es

  • – zu einer Reduzierung einer Turbulenz im Bereich einer Grenzschicht und einer Reduzierung des Turbulenzgrads,
  • – zu einer Unterdrückung einer Ausbildung von turbulenten Wirbeln und/oder
  • – zur Abshwächung eines Stoßes im Bereich von Stirnseiten des Fahrzeugs
kommen. US Pat. No. 6,570,333 B1 discloses the incorporation of a pair of conductors under insulation of a flat or curved surface of a vehicle that is in the air, such as an aircraft, in the water, such as a ship, or on the ground, such as a motor vehicle or a utility vehicle, emotional. The pair of conductors are subjected to high-frequency energy such that a gaseous medium in the vicinity of the surface forms a plasma. The conductors in this case form electrodes which are spaced apart from one another and oriented parallel to one another. As a result of the formed plasma can lead to a reduction of the flow resistance of the vehicle. An arrangement of the conductors is also possible in small areas of an aircraft in order to change the flow resistance asymmetrically to the longitudinal axis of the vehicle, whereby a non-moving control surface is given. Furthermore, the conductors can be arranged in the region of an input, in the region of the interior or in the outlet region of a turbine, in order to achieve a change in the performance characteristic by influencing the flow. As a result of the formation of the plasma it can
  • To reduce turbulence in the area of a boundary layer and to reduce the degree of turbulence,
  • To suppress the formation of turbulent vortices and / or
  • - To dampen a shock in the range of front sides of the vehicle
come.

Fällt zwischen einzelnen elektrischen Pulsen das erzeugte Plasma zusammen, so ist für eine erneute Plasmabildung eine erneute Ionisation erforderlich, was erhöhte Anforderungen an den Energieeintrag und die Ausbildung der elektrischen Felder stellen würde. Die elektrische Energie wird mit Frequenzen im Bereich von 1 MHz und 10 GHz bereitgestellt. Durch den genannten Frequenzbereich kann erreicht werden, dass ein vollständiger Zusammenfall des Plasmas zwischen einzelnen Pulsen der Schwingung vermieden ist.If the generated plasma coincides between individual electrical pulses, a renewed ionization is required for a renewed plasma formation, which would make increased demands on the energy input and the formation of the electric fields. The electrical energy is provided at frequencies in the range of 1 MHz and 10 GHz. By the said frequency range can be achieved that a complete coincidence of the plasma between individual pulses of the oscillation is avoided.

Die Druckschrift schlägt vor, die Leiter schleifenartig anzuordnen, so dass ein Feld gebildet ist. Ein derartiges Feld ist mit parallelen Leitern in Form von Teilgeradenstücken gebildet, die quer zur Anströmung sowie koaxial zur Anströmung orientiert sind. Eine andere Ausführungsform offenbart Leiter mit mehreren ungefähr kreisförmigen, sich teilweise überlappenden Schleifen.The document proposes to arrange the conductors in a loop, so that a field is formed. Such a field is formed with parallel conductors in the form of sub-straight pieces, which are oriented transversely to the flow and coaxial with the flow. Another embodiment discloses conductors having a plurality of approximately circular, partially overlapping loops.

Weiterhin ist es aus US 6 570 333 B1 bekannt, mehrere in Strömungsrichtung hintereinander liegende Elektroden sequenzartig anzuregen, um eine Erzeugung von peristaltischen Plasmawellen über der Oberfläche des Luftfahrzeugs hervorzurufen. Laufen diese Plasmawellen von vorne nach hinten, wird eine Beschleunigung des Plasmas in der Grenzschicht hervorgerufen, wodurch der Fluss u. U. eher laminar gestaltet werden kann und die Ausbildung von Wirbeln unterdrückt wird. Für den Fall, dass die Plasmawellen von hinten nach vorne laufen, wirkt dieses in der Grenzschicht gegen den aerodynamischen Fluss, wodurch u. U. der Strömungswiderstand des Luftfahrzeugs erhöht wird und ein ”Bremseffekt” hervorgerufen werden kann. Weiterhin kann durch die gezielte Ansteuerung der Paare von Leitern die Reynolds-Zahl für einen Übergang zu einem turbulenten Fluss lokal oder global angehoben werden. Bei dem Betrieb der Leiter sind die Leiter in einem Paar mit einer Phasenverschiebung von 180° mit der hochfrequenten Energie beaufschlagt.It is still out US Pat. No. 6,570,333 B1 It is known to sequentially excite a plurality of downstream electrodes to cause generation of peristaltic plasma waves over the surface of the aircraft. If these plasma waves run from the front to the rear, an acceleration of the plasma in the boundary layer is caused, whereby the flow u. U. can be made rather laminar and the formation of vertebrae is suppressed. In the event that the plasma waves run from back to front, this acts in the boundary layer against the aerodynamic flow, whereby u. U. the flow resistance of the aircraft is increased and a "braking effect" can be caused. Furthermore, by selectively driving the pairs of conductors, the Reynolds number for a transition to a turbulent flow can be raised locally or globally. In the operation of the conductors, the conductors in a pair are subjected to a phase shift of 180 ° with the high-frequency energy.

Aus US 6 570 333 B1 ist es weiterhin bekannt, den Abstand der Leiter über die Oberfläche des Luftfahrzeugs zu variieren, wodurch die Dichte des Plasmas entsprechend den lokalen Anforderungen variiert werden kann. Als zusätzlichen Einsatzzweck für die Ausbildung des Plasmas erwähnt die Druckschrift darüber hinaus, dass eine Ausbildung von Eis im Bereich einer Tragfläche vermieden werden kann sowie Eis, welches sich bereits auf einer Tragfläche befindet, entfernt werden kann. Ein weiteres Ausführungsbeispiel offenbart eine parallele Ausrichtung mehrerer Abschnitte von Leitern zur Verarbeitung mikroelektronischer Schaltkreise.Out US Pat. No. 6,570,333 B1 It is also known to vary the distance of the conductors across the surface of the aircraft, whereby the density of the plasma can be varied according to local requirements. As an additional use for the formation of the plasma, the document also mentions that formation of ice in the area of a wing can be avoided and ice, which is already on a wing, can be removed. Another embodiment discloses parallel alignment of multiple sections of conductors for processing microelectronic circuits.

US 6 200 539 B1 beschreibt als Nebeneffekt von Elektroden einer Plasmaerzeugungseinrichtung, dass diese auf das ionisierte gasförmige Medium paraelektrische elektrohydrodynamische (EHD) Kräfte ausüben. Die Druckschrift schlägt vor, die Elektroden derart räumlich über dem Strömungsflächenelement zu verteilen, dass durch die zuvor genannten Kräfte Bewegungen des Plasmas und des das Plasma umgebenden gasförmigen Mediums erzeugt werden, die die Umströmung des Strömungsflächenelements auf geeignete Weise beeinflussen. Hierbei werden die Elektroden einphasig von einer hochfrequenten Anregung beaufschlagt, wodurch Kräfte erzeugt werden, die das Ergebnis einer Mittelung von anziehenden und abstoßenden Kräften über einen hochfrequenten Zyklus sind, was auch als Effekt zweiter Ordnung bezeichnet wird. Weiterhin ist in der Druckschrift angesprochen, dass wesentlich stärkere Effekte möglich sein sollen, wenn benachbarte Elektroden mit einer mehrphasigen hochfrequenten Anregung erregt werden, wodurch ein elektrisches Feld erzeugt werden soll, welches parallel zu der Oberfläche des Strömungsflächenelements orientiert ist. Eine derartige Ausgestaltung wird auch als ”EHD-Effekt erster Ordnung” bezeichnet. Der Druckschrift liegt der Grundgedanke zugrunde, dass die auf das ionisierte gasförmige Medium ausgeübten Kräfte maßgeblich durch die Orientierung und die Geometrie der Elektroden und die relative Anordnung benachbarter Elektroden bestimmt werden. US 6 200 539 B1 describes as a side effect of electrodes of a plasma generating device that they exert on the ionized gaseous medium paraelectric electrohydrodynamic (EHD) forces. The document proposes to spatially distribute the electrodes over the flow area element in such a way that, due to the abovementioned forces, movements of the plasma and of the gaseous medium surrounding the plasma are produced, which influence the flow around the flow area element in a suitable manner. In this case, the electrodes are subjected to a single phase of a high-frequency excitation, whereby forces are generated, which are the result of an averaging of attractive and repulsive forces over a high-frequency cycle, which is also referred to as a second-order effect. Furthermore, it is mentioned in the document that much stronger effects should be possible when adjacent electrodes are excited with a multi-phase high-frequency excitation, whereby an electric field is to be generated, which is oriented parallel to the surface of the flow area element. Such an embodiment is also referred to as a "first-order EHD effect". The document is based on the basic idea that the forces exerted on the ionized gaseous medium are significantly determined by the orientation and the geometry of the electrodes and the relative arrangement of adjacent electrodes.

Aus den Druckschriften US 5 414 324 A und US 5 387 842 A ist ebenfalls eine Erzeugung eines Plasmas durch Anregung von Elektroden, hier mit einer Frequenz zwischen 5 KV und 100 KHz bekannt.From the pamphlets US 5 414 324 A and US 5,387,842 A is also a generation of a plasma by excitation of electrodes, here known at a frequency between 5 KV and 100 KHz.

US 5 897 713 A betrifft die Ausbildung eines Plasmas für die Aufbringung eines Films in einem Herstellungsprozess, beispielsweise für Halbleiter. US Pat. No. 5,897,713 A relates to the formation of a plasma for the application of a film in a manufacturing process, for example for semiconductors.

Auch US 5 797 563 A betrifft eine Reduzierung der Dichte eines ein Luftfahrzeug umgebenden Gases, um die Reibung und den Strömungswiderstand zu reduzieren. Dies wird durch eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen erzielt, wodurch eine Ionisierung des Gases erfolgen soll. Eine Abstrahlung von Mikrowellen erfolgt hierbei im Bereich der Stirnseite eines Luftfahrzeugs und entlang einer Stirnkontur eines Leitwerks oder oberhalb und unterhalb einer Tragfläche eines Luftfahrzeugs.Also US 5 797 563 A relates to a reduction in the density of a gas surrounding an aircraft in order to reduce the friction and the flow resistance. This is achieved by radiation of electromagnetic waves, which is to be carried out an ionization of the gas. Microwaves are emitted in the region of the front side of an aircraft and along a front contour of a tailplane or above and below a wing of an aircraft.

Ebenfalls auf eine Verringerung der Dichte des das Luftfahrzeug umströmenden Gases zielt US 5 263 661 A ab, wobei hier zur Erwärmung des Gases ein Laser eingesetzt wird.Also aimed at reducing the density of the gas flowing around the aircraft US 5 263 661 A from, in which case a laser is used to heat the gas.

Aus US 4 917 335 A und US 3 620 484 A ist es bekannt, vor einem Luftfahrzeug eine Flamme zu erzeugen, mit der das das Luftfahrzeug umströmende Gas erwärmt werden soll zur Herbeiführung einer Reduzierung der Dichte.Out US 4,917,335 A and US Pat. No. 3,620,484 It is known to produce in front of an aircraft a flame with which the gas flowing around the aircraft is to be heated in order to bring about a reduction in the density.

US 3 446 464 A offenbart die Anordnung von Elektroden zur Erzeugung unterschiedlicher elektrischer Potenziale an den Stirnkanten von Tragflächen von Luftfahrzeugen. US 3 446 464 A discloses the arrangement of electrodes for generating different electrical potentials at the end edges of aircraft wings.

Weiterer Stand der Technik zu Beeinflussung einer Strömung und eines Strömungswiderstands einschließlich experimenteller Ergebnisse ist
E. Stanewsky, J. Fulker, J. Delery und J. Geissler: Drag Reduction by passive Shock Control – Results of the Project EUROSHOCK, AER2-CT92-0049 supported by the European Union 1993–1995. Vol. 56 of Notes an Numerical Fluid Mechanics, Vieweg Verlag 1997;
Stanewsky, E.; Delery, J.; Fulkner, J.; Matteis, P. de (Eds.): Drag Reduction by Shock and Boundary Layer Control – Results of the Project EUROSHOCK II; supported by the European Union 1996–1999, Springer Verlag, 2002
sowie WO 02/081303 A1 , EP 1 373 067 B1 , US 3 095 163 A und DE 197 17 127 A1 zu entnehmen.
Further prior art is to influence flow and flow resistance including experimental results
E. Stanewsky, J. Fulker, J. Delery and J. Geissler: Drag Reduction by Passive Shock Control - Results of the EUROSHOCK Project, AER2-CT92-0049 supported by the European Union 1993-1995. Vol. 56 of Notes to Numerical Fluid Mechanics, Vieweg, 1997;
Stanewsky, E .; Delery, J .; Fulkner, J .; Matteis, P. de (Eds.): Drag Reduction by Shock and Boundary Layer Control - Results of the EUROSHOCK II Project; supported by the European Union 1996-1999, Springer Verlag, 2002
such as WO 02/081303 A1 . EP 1 373 067 B1 . US 3,095,163 A and DE 197 17 127 A1 refer to.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Strömungsflächenelements vorzuschlagen, welches hinsichtlich

  • – der elektrischen Beaufschlagung der Plasmaerzeugungseinrichtungen,
  • – des Energieaufwands und/oder
  • – einer Wechselwirkung des Strömungsflächenelementes mit einem dieses umströmenden gasförmigen Medium
verbessert ist.The present invention has for its object to propose a method for operating a flow area element, which in terms
  • The electrical charging of the plasma generating devices,
  • - the energy expenditure and / or
  • - An interaction of the flow area element with a this flowing around the gaseous medium
is improved.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 5.The object of the invention is achieved by a method having the features of independent claim 1. Further embodiments of the method according to the invention will become apparent according to the features of claims 2 to 5.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Strömungsflächenelemente, die einer Beeinflussung einer Strömung eines gasförmigen Mediums im Umgebungsbereich des Strömungsflächenelements und/oder einer Beeinflussung der von dem gasförmigen Medium im Umgebungsbereich des Strömungsflächenelements auf das Strömungsflächenelement ausgeübten Kräfte dienen. Eine derartige Beeinflussung beruht auf zwei Effekten, nämlich einerseits einer Umwandlung des gasförmigen Mediums in ein Plasma mit ionisierten Bestandteilen, wozu Plasmaerzeugungseinrichtungen über das Strömungsflächenelement verteilt sind, die als dielektrisch behinderte Entladungseinrichtungen ausgebildet sind und Elektroden aufweisen. Andererseits können auf das in dem Plasma in ionisierter Form vorliegende gasförmige Medium durch gezielte Erzeugung von elektrischen Feldern Kräfte ausgeübt werden, die letztlich eine Beschleunigung der ionisierten Teilchen und damit eine Beeinflussung der Umströmung des Strömungsflächenelements zur Folge haben können.The present invention relates to flow area elements which serve to influence a flow of a gaseous medium in the surrounding area of the flow area element and / or to influence the forces exerted by the gaseous medium in the surrounding area of the flow area element on the flow area element. Such an influence is based on two effects, namely on the one hand a conversion of the gaseous medium into a plasma with ionized components, for which plasma generating devices are distributed over the flow area element, which are designed as dielectrically impeded discharge devices and having electrodes. On the other hand, forces can be exerted on the gaseous medium present in the plasma in ionized form by targeted generation of electric fields, which can ultimately result in an acceleration of the ionized particles and thus an influence on the flow around the flow surface element.

Die Erfindung beruht weiterhin auf der Erkenntnis, dass die Anforderungen für eine elektrische Beaufschlagung von Elektroden im Bereich des Strömungsflächenelements zur Herbeiführung der beiden vorgenannten Effekte unterschiedlich sind:

  • a) Es hat sich gezeigt, dass eine Anregung von Elektroden mit elektrischen Leistungspulsen effizienter ist hinsichtlich einer Erzeugung eines Plasmas als eine Anregung der Elektroden mit moderat zeitveränderlichen Signalen wie beispielsweise mit einem sinusförmigen Signal. Dies hat zur Folge, dass für eine Beaufschlagung der Elektroden zur Erzeugung eines Plasmas mit elektrischen Leistungspulsen der zeitliche Abstand der Leistungspulse gegenüber einer Periodendauer eines harmonischen Signals u. U. vergrößert werden kann und/oder die Energie und Leistung der elektrischen Leistungspulse gegenüber der Energie und Leistung eines harmonischen periodischen Signals reduziert werden kann.
  • b) Andererseits bedeuten impulsartige Beaufschlagungen der Elektroden stark zeitvariante elektrische Impulse zwischen benachbarten Elektroden, die damit stark veränderliche Kräfte auf ein erzeugtes Plasma ausüben können. Um eine gezielte Beschleunigung der ionisierten Teilchen des Plasmas zu erzeugen, ist somit eine impulsartige Anregung nicht zwingend erforderlich – u. U. kann sogar mit einem zwischen benachbarten Elektroden ausgebildeten elektrischen Feld mit konstantem Gradienten eine zumindest für ein zeitliches Teilinterval konstante Kraft vorteilhaft sein für eine Beschleunigung der geladenen Teilchen in eine gewünschte ”Förderrichtung”.
The invention is further based on the recognition that the requirements for an electrical application of electrodes in the region of the flow area element to bring about the two aforementioned effects are different:
  • a) It has been found that excitation of electrodes with electric power pulses is more efficient in generating a plasma than excitation of the electrodes with moderately time varying signals, such as a sinusoidal signal. This has the consequence that for applying the electrodes for generating a plasma with electric power pulses, the time interval of the power pulses with respect to a period of a harmonic signal u. U. can be increased and / or the energy and power of the electric power pulses with respect to the energy and power of a harmonic periodic signal can be reduced.
  • b) On the other hand, impulse-like exposures of the electrodes represent strongly time-variant electrical impulses between adjacent electrodes, which can thus exert highly variable forces on a generated plasma. In order to generate a targeted acceleration of the ionized particles of the plasma, thus a pulse-like excitation is not absolutely necessary - u. For example, even with a constant gradient electric field formed between adjacent electrodes, a force constant at least for a partial time interval can be advantageous for accelerating the charged particles in a desired "conveying direction".

Der sich hieraus ergebende Zielkonflikt wird für die aus US 6 200 539 B1 und US 6 570 333 B1 bekannten Verfahren dadurch gelöst, dass ein hochfrequentes Signal gewählt wird, welches ausreichend dimensioniert ist, um eine Ionisierung herbeizuführen. Eine Beeinflussung der ausgeübten Kräfte über ein elektrisches Feld wird durch Anordnung, unsymmetrische Abstände und Orientierung der benachbarter Elektroden herbeigeführt, s. US 6 200 539 B1 . Somit ist ein elektrisches Signal geeignet anzupassen sowohl an die Erzeugung des Plasmas als auch an die vorteilhafte Gestaltung des elektrischen Feldes.The resulting conflict of objectives is for the US 6 200 539 B1 and US Pat. No. 6,570,333 B1 known method solved in that a high-frequency signal is selected, which is sufficiently dimensioned to bring about ionization. An influence of the applied forces on an electric field is brought about by arrangement, asymmetrical distances and orientation of the neighboring electrodes, s. US 6 200 539 B1 , Thus, an electrical signal is suitably adapted to both the generation of the plasma and the advantageous design of the electric field.

Erfindungsgemäß werden zur Herbeiführung der zuvor erläuterten gewünschten Effekte a), b) zwei qualitativ unterschiedliche Signale eingesetzt, die jeweils für einen der gewünschten Effekte optimiert werden können:

  • – Einerseits werden elektrische Leistungspulse erzeugt, mit denen Elektroden der Plasmaerzeugungseinrichtungen beaufschlagt werden. Die Leistungspulse sind optimiert hinsichtlich einer Erzeugung eines Plasmas.
  • – Daneben werden periodische Signale erzeugt, deren Energie und Leistung u. U. unter dem Niveau liegen kann, welches zur Erzeugung eines Plasmas erforderlich ist. Die periodischen Signale werden Elektroden zugeführt, die im Umgebungsbereich des erzeugten Plasmas angeordnet sind. Hierbei handelt es sich nicht um die Elektroden, die zur Erzeugung eines Plasmas dienen, sondern um zusätzliche Elektroden, die ausschließlich zur Ausübung von Kräften auf ionisierte Teilchen dienen. Durch Beaufschlagung dieser Elektroden wird eine Förderbewegung des Plasmas entlang dem Strömungsflächenelement erzeugt. Damit kann das periodische Signal gezielt auf eine Optimierung der Förderbewegung ausgelegt werden, ohne dass die Optimierung an die Erfordernisse für eine Erzeugung eines Plasmas angepasst werden muss.
According to the invention, two qualitatively different signals are used to produce the previously described desired effects a), b), which can each be optimized for one of the desired effects:
  • On the one hand electrical power pulses are generated, which are applied to electrodes of the plasma generating devices. The power pulses are optimized for generation of a plasma.
  • - In addition, periodic signals are generated whose energy and power u. U. may be below the level required to produce a plasma. The periodic signals are applied to electrodes disposed in the surrounding area of the generated plasma. These are not the electrodes used to generate a plasma, but additional electrodes that are used exclusively to apply forces to ionized particles. By applying these electrodes, a conveying movement of the plasma along the flow area element is generated. Thus, the periodic signal can be designed specifically for optimizing the conveying movement, without the optimization having to be adapted to the requirements for generating a plasma.

Während allerdings gemäß US 6 200 539 B1 für periodische Signale ein elektrisches Feld vorrangig durch eine unsymmetrische Anordnung mehrerer Elektroden gleichen Potentials erzeugt worden ist, schlägt die Erfindung vor, dass die periodischen Signale den Elektroden zur Erzeugung einer Förderbewegung mit einer Phasenverschiebung zugeführt werden. Infolge der Phasenverschiebung kann sich unabhängig von einer Lage und/oder Orientierung der Elektroden ein elektrisches Feld ergeben, dessen Stärke von der Amplitude des periodischen Signals, der Phasenverschiebung und dem Abstand der Elektroden abhängen kann. Damit sind zusätzlich zu einer Beeinflussung des sich ergebenden elektrischen Felds über die Anordnung und Orientierung gemäß US 6 200 539 B1 über die Phasenverschiebung weitere Beeinflussungsmöglichkeiten für die Förderbewegung infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gegeben. While according to US 6 200 539 B1 For periodic signals an electric field has been generated primarily by an asymmetrical arrangement of a plurality of electrodes of the same potential, the invention proposes that the periodic signals are supplied to the electrodes for generating a conveying movement with a phase shift. As a result of the phase shift, regardless of a position and / or orientation of the electrodes, an electric field may arise whose magnitude may depend on the amplitude of the periodic signal, the phase shift and the distance between the electrodes. Thus, in addition to influencing the resulting electric field on the arrangement and orientation according to US 6 200 539 B1 on the phase shift further influencing possibilities for the conveying movement due to the inventive design given.

Die erfindungsgemäße Phasenverschiebung kann aktiv durch eine geeignete Leistungsversorgung erzeugt werden, so dass die Leistungsversorgung mehrere periodische Signale mit verschiedenen, definierten Phasenverschiebungen herbeiführt. Ebenfalls denkbar ist, dass ein zentrales, von einer Leistungsversorgung erzeugtes periodisches Signal über unterschiedliche elektrische Bauelemente gezielt mit einer Phasenverschiebung versehen wird, wobei die Bauelemente in einen jeweils eine Elektrode und die Leistungsversorgung aufweisenden Kreis zwischengeschaltet sind. Möglich ist, dass sowohl das periodische Signal als auch die elektrischen Leistungspulse von derselben elektrischen Leistungsversorgung bereitgestellt werden. Alternativ können die periodischen Signale und die Leistungspulse von separaten Leistungsversorgungen bereitgestellt werden.The phase shift according to the invention can be actively generated by a suitable power supply, so that the power supply brings about a plurality of periodic signals with different, defined phase shifts. It is likewise conceivable that a central periodic signal generated by a power supply is purposefully provided with a phase shift by means of different electrical components, the components being interposed in a respective circuit having an electrode and the power supply. It is possible that both the periodic signal and the electrical power pulses are provided by the same electrical power supply. Alternatively, the periodic signals and the power pulses may be provided by separate power supplies.

Eine besonders einfache Ausgestaltung eines periodischen Signals ist gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben, wenn diese als harmonische Signale (sinusförmige Signale) ausgebildet sind. Beispielsweise können derartige Signale durch Oszillatoren bereitgestellt und/oder verstärkt werden.A particularly simple embodiment of a periodic signal is given according to a development of the method according to the invention, if these are designed as harmonic signals (sinusoidal signals). For example, such signals may be provided and / or amplified by oscillators.

Die Elektroden können sich unter Zwischenschaltung eines Dielektrikums geradlinig oder beliebig kurvenförmig oder mit Teilgeradenstücken im Bereich einer Oberfläche erstrecken. Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die Elektroden, die mit den Leistungspulsen beaufschlagt werden, und die Elektroden, die mit den periodischen Signalen beaufschlagt werden, zumindest in Teilbereichen ungefähr senkrecht, nämlich mit einem Winkel zwischen 80° und 100°, zueinander orientiert. Dies hat zur Folge, dass ein sich parallel zu den mit den Leistungspulsen beaufschlagten Elektroden erstreckendes Plasmafeld durch die mit den periodischen Signalen beaufschlagten Elektroden ungefähr in Richtung seiner Längserstreckung mit Kräften beaufschlagt ist.The electrodes can extend with the interposition of a dielectric straight or arbitrary curved or with partial line pieces in the region of a surface. According to a first embodiment, the electrodes, which are subjected to the power pulses, and the electrodes, which are acted upon by the periodic signals, at least in partial areas approximately perpendicular, namely at an angle between 80 ° and 100 °, oriented to each other. As a result, a plasma field extending in parallel with the electrodes subjected to the power pulses is acted upon by forces applied approximately in the direction of its longitudinal extent by the electrodes acted upon by the periodic signals.

Für den Fall, dass eine Ausübung von Kräften quer zur Längserstreckung eines derartigen Plasmafelds gewünscht ist, kann dies auf besonders einfache Weise dadurch erzeugt werden, dass die mit den Leistungspulsen beaufschlagten Elektroden und die mit den periodischen Signalen beaufschlagten Elektroden zumindest in Teilbereichen ungefähr parallel zueinander orientiert sind, nämlich unter einem Winkel von –10° bis +10°.In the event that an exertion of forces transverse to the longitudinal extension of such a plasma field is desired, this can be produced in a particularly simple manner by the electrodes acted upon by the power pulses and the electrodes acted upon by the periodic signals being oriented approximately parallel to one another at least in partial regions are, namely at an angle of -10 ° to + 10 °.

U. U. kann über die Wahl einer Phasenverschiebung des periodischen Signals von benachbarten Elektroden die Größe des elektrischen Felds zwischen den Elektroden beeinflusst werden. Andererseits ergibt sich eine Veränderung des elektrischen Felds nach Maßgabe des Abstands der benachbarten Elektroden. Ein besonders homogenes Feld im Bereich der Oberfläche eines Strömungsflächenelements auch über mehrere benachbarte, mit periodischen Signalen beaufschlagte Elektroden ergibt sich, wenn die Elektroden ungefähr äquidistant voneinander beabstandet sind und die Phasenverschiebungen zwischen benachbarten Elektroden jeweils ungefähr konstant sind.For example, by choosing a phase shift of the periodic signal from adjacent electrodes, the size of the electric field between the electrodes may be affected. On the other hand, there is a change in the electric field in accordance with the distance of the adjacent electrodes. A particularly homogeneous field in the region of the surface of a flow area element also over a plurality of adjacent, acted upon with periodic signals electrodes results when the electrodes are approximately equidistant from each other and the phase shifts between adjacent electrodes are each approximately constant.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Further features are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 zeigt ein Strömungsflächenelement mit Plasmaerzeugungseinrichtungen in einer Seitenansicht. 1 shows a flow area element with plasma generating devices in a side view.

2 zeigt das Strömungsflächenelement gemäß 1 in einer Draufsicht. 2 shows the flow area element according to 1 in a top view.

3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Strömungsflächenelements in einer Draufsicht. 3 shows a further embodiment of a flow area element in a plan view.

4 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Strömungsflächenelements in einer Draufsicht. 4 shows a further embodiment of a flow area element in a plan view.

5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Strömungsflächenelements. 5 shows a schematic block diagram of a method according to the invention for operating a flow area element.

6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild für ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Strömungsflächenelements. 6 shows a schematic block diagram of a non-inventive method for operating a flow area element.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

Ein in den Figuren dargestelltes Strömungsflächenelement 1 findet beispielsweise Einsatz für ein Fahrzeug, welches ein Luftfahrzeug, Landfahrzeug, Wasserfahrzeug, Fahrzeug der Raumfahrt oder als Fahrzeug für eine Kombination der vorgenannten Einsatzzwecke sein kann. Alternativ kann das Strömungsflächenelement 1 Einsatz finden in durchströmten Leitungssystemen, einem medizinischen Leitungssystem, einer Pipeline, einer Abgasleitung, einer Turbine, einer Fördereinrichtung zur Behandlung einer Oberfläche einschließlich einer Plasma-Reinigung, Sterilisation, einem Heizsystem, einem Ventiliersystem, einer Klimaanlage u. ä. Das Strömungsflächenelement 1 dient einer Beeinflussung einer Strömung, einer Vermeidung oder Herbeiführung von Wirbeln, einer Erzeugung einer Gegenströmung, verzögerten oder beschleunigten Strömung oder einer gezielten Herbeiführung oder Reduzierung von durch eine Strömung bewirkten Kräften auf das Strömungsflächenelement. Für den Fall eines Einsatzes des Strömungsflächenelements bei einem Fahrzeug bewegt sich das Fahrzeug vorzugsweise im Bereich kleiner Geschwindigkeiten ab 50 km/h bis hin zu Überschallgeschwindigkeiten im transsonischen oder supersonischen Bereich. Weiterhin ist der Einsatz eines Strömungsflächenelements für ein Luftfahrzeug in beliebigen Luftschichten bis hin zum Einsatz für ein Wiedereintritts-Luftfahrzeug (Shuttle) denkbar.A illustrated in the figures flow area element 1 finds use, for example, in a vehicle which may be an aircraft, land vehicle, watercraft, spacecraft or as a vehicle for a combination of the aforementioned purposes. Alternatively, the flow area element 1 Use find in through-flow line systems, a medical management system, a pipeline, an exhaust pipe, a turbine, a conveyor for the treatment of a surface including a plasma cleaning, sterilization, a heating system, a ventilation system, an air conditioner u. ä. The flow area element 1 is used to influence a flow, avoiding or causing vortexes, creating a countercurrent flow, delayed or accelerated flow, or deliberately inducing or reducing flow-induced forces on the flow surface element. In the case of a use of the flow area element in a vehicle, the vehicle preferably moves in the range of low speeds from 50 km / h up to supersonic speeds in the transonic or supersonic range. Furthermore, the use of a flow surface element for an aircraft in any layers of air through to the use of a reentry aircraft (shuttle) is conceivable.

In dem Strömungsflächenelement 1 sind mehrere Plasmaerzeugungseinrichtungen 2 durch ein Dielektrikum 3 voneinander getrennt. Mittels der Plasmaerzeugungseinrichtung 2 kann ein das Strömungsflächenelement 1 im Bereich der Oberfläche 4 umströmendes gasförmiges Medium lokal bzw. entlang der Erstreckung der Plasmaerzeugungseinrichtung 2 in ein Plasma mit ionisierten Teilchen umgewandelt werden. Hierfür können sämtliche eingangs genannte Plasmaerzeugungseinrichtungen gemäß dem Stand der Technik Einsatz finden. Insbesondere wird durch die Plasmaerzeugungseinrichtung eine Bewegung der geladenen Plasmateilchen, also Ionen oder Elektroden, erzeugt, die in Wechselwirkung mit der Anströmung des Strömungsflächenelements tritt. Beispielsweise können die geladenen Plasmateilchen die neutralen Teilchen der Anströmung beeinflussen, so dass deren Geschwindigkeit verändert wird, insbesondere die Richtung der Geschwindigkeit verändert wird, und/oder der Betrag der Geschwindigkeit vergrößert oder verkleinert wird. Weiterhin ist es möglich, dass durch die Plasmaerzeugungseinrichtung 2 die Grenzschicht beeinflusst wird, beispielsweise die Dicke der Grenzschicht verändert wird. Wie eingangs erläutert, kann über die Plasmaerzeugungseinrichtung 2 die Strömung im Bereich des Strömungsflächenelements 1 beschleunigt oder verlangsamt werden. Auch eine qualitative Veränderung der Strömung im Bereich des Strömungsflächenelements 1 ist möglich, indem bewusst eine Erzeugung von Wirbeln oder eine turbulente Strömung herbeigeführt wird oder die Ausbildung von Wirbeln oder einer turbulenten Strömung gezielt unterbunden wird. Es hat sich gezeigt, dass ein Einsatz einer Plasmaerzeugungseinrichtung 2 im Bereich eines Strömungsflächenelements 1 möglich ist, ohne dass die Außenkontur des Strömungsflächenelements zwingend verändert werden muss. Hierdurch ist der Einsatz der Plasmaerzeugungseinrichtung 2 als ”add-on” möglich, ohne dass eine erneute Auslegung des Strömungsflächenelements erforderlich ist. Die Plasmaerzeugungseinrichtung 2 kann als eine so genannte ”dielektrisch behinderte Entladungseinrichtung” ausgebildet sein. Derartige Entladungseinrichtungen werden in der Literatur auch als ”dielectric barrier discharge” bezeichnet. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter der dielektrisch behinderten Entladungseinrichtung eine Einrichtung verstanden, bei der zwischen zwei Elektroden und die Anströmung des Strömungsflächenelements mindestens ein Dielektrikum zwischengeschaltet ist, welches eine Barriere bildet. Bei dem Dielektrikum kann es sich um eine Ummantelung der Elektrode handeln, die beispielsweise in das Strömungsflächenelement im Bereich der Oberfläche desselben integriert ist.In the flow area element 1 are several plasma generating devices 2 through a dielectric 3 separated from each other. By means of the plasma generating device 2 can a the flow area element 1 in the region of the surface 4 flowing around the gaseous medium locally or along the extension of the plasma generating device 2 be converted into a plasma with ionized particles. For this purpose, all of the aforementioned plasma generating devices according to the prior art can be used. In particular, the plasma generating device generates a movement of the charged plasma particles, that is, ions or electrodes, which interact with the flow surface element. For example, the charged plasma particles can affect the neutral particles of the flow, so that their speed is changed, in particular the direction of the speed is changed, and / or the amount of speed is increased or decreased. Furthermore, it is possible that by the plasma generating device 2 the boundary layer is influenced, for example, the thickness of the boundary layer is changed. As explained above, via the plasma generating device 2 the flow in the area of the flow area element 1 accelerated or slowed down. Also a qualitative change of the flow in the area of the flow area element 1 is possible by deliberately generating a vortex or a turbulent flow is induced or the formation of vortices or a turbulent flow is selectively prevented. It has been shown that a use of a plasma generating device 2 in the region of a flow area element 1 is possible without the outer contour of the flow area element must be changed mandatory. As a result, the use of the plasma generating device 2 as an "add-on" possible without a re-interpretation of the flow area element is required. The plasma generating device 2 may be formed as a so-called "dielectrically impeded discharge device". Such discharge devices are also referred to in the literature as "dielectric barrier discharge". In the context of the present invention, the dielectrically impeded discharge device is understood to mean a device in which at least one dielectric, which forms a barrier, is interposed between two electrodes and the flow of the flow surface element. The dielectric may be a jacket of the electrode, which is integrated in the area of the surface of the same, for example in the flow area element.

Für die in 1 und 2 dargestellte Ausführungsform des Strömungsflächenelements 1 erstrecken sich von gegenüberliegenden Stirnseiten des Strömungsflächenelements abwechselnd Elektroden 5 im Bereich der Oberfläche 4. Quer zu diesen erstrecken sich von einer Seitenfläche des Strömungsflächenelements 1 Elektroden 6, die im Inneren des Strömungsflächenelements 1, ummantelt von dem Dielektrikum 3, angeordnet sind. Abweichend zu der vereinfachten Darstellung gemäß 1 können die Elektroden 5 in die Oberfläche 4 mit glatter Außenkontur integriert sein. Die Elektroden 5, 6 sind jeweils geradlinig ausgerichtet, wobei die Elektroden 5 (sowie Elektroden 6) jeweils parallel zueinander orientiert sind und äquidistant zueinander angeordnet sind.For the in 1 and 2 illustrated embodiment of the flow area element 1 extend alternately from opposite end faces of the flow area element electrodes 5 in the area of the surface 4 , Transverse to these extend from a side surface of the flow area element 1 electrodes 6 located inside the flow area element 1 encased in the dielectric 3 , are arranged. Notwithstanding the simplified representation according to 1 can the electrodes 5 in the surface 4 be integrated with a smooth outer contour. The electrodes 5 . 6 are each aligned in a straight line, with the electrodes 5 (as well as electrodes 6 ) are each oriented parallel to each other and are arranged equidistant from each other.

Für das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel sind geradlinige Elektroden 7 parallel zueinander orientiert und äquidistant in die Oberfläche 4 des Strömungsflächenelements 1 integriert. Mit der Masse verbundene Elektroden 8 sind in das Dielektrikum 3 integriert und parallel zueinander und zu den Elektroden 7 orientiert, wobei die Elektroden 8 außermittig zwischen benachbarten Elektroden 7 angeordnet sind.For the in 3 illustrated embodiment are rectilinear electrodes 7 oriented parallel to each other and equidistant in the surface 4 the flow area element 1 integrated. Electrodes connected to the ground 8th are in the dielectric 3 integrated and parallel to each other and to the electrodes 7 oriented, the electrodes 8th off-center between adjacent electrodes 7 are arranged.

Für das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Strömungsflächenelements 1 besitzt dieses Elektroden 5, Elektroden 6 und mit Masse verbundene Elektroden 8, die jeweils parallel zueinander mit gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, wobei die Elektroden 6 und 8 außermittig zwischen zwei benachbarten Elektroden 5 angeordnet sind.For the in 4 illustrated embodiment of a flow area element 1 owns these electrodes 5 , Electrodes 6 and grounded electrodes 8th , which are each arranged parallel to each other at equal distances from each other, wherein the electrodes 6 and 8th off-center between two adjacent electrodes 5 are arranged.

Für das erfindungsgemäße Verfahren werden in einer Leistungsversorgung 9 periodische Signale 10a, 10b, 10c, insbesondere harmonische Signale, erzeugt, s. 5. Die periodischen Signale 10a, 10b, 10c besitzen jeweils eine Phasenverschiebung, die gleiche oder unterschiedliche Beträge aufweisen kann. Insbesondere handelt es sich bei den Signalen um Signal 10a: S10a = Smaxsin(t), Signal 10b: S10b = Smax sin(t + Δφ) Signal 10c: S10c = Smax sin(t + 2Δφ) For the inventive method are in a power supply 9 periodic signals 10a . 10b . 10c , in particular harmonic signals, generated, s. 5 , The periodic signals 10a . 10b . 10c each have a phase shift, which may have the same or different amounts. In particular, the signals are um Signal 10a: S 10a = S max sin (t), Signal 10b: S 10b = Smax sin (t + Δφ) Signal 10c: 10c S = Smax sin (t + 2Δφ)

Die Signale 10a, 10b, 10c werden den Elektroden 5a, 5b, 5c zugeführt, s. 1 und 2 bzw. 4.The signals 10a . 10b . 10c be the electrodes 5a . 5b . 5c supplied, s. 1 and 2 respectively. 4 ,

Eine weitere Leistungsversorgung 11 erzeugt elektrische Leistungspulse 12, die mit oder ohne Phasenverschiebung den Elektroden 6a, 6b, 6c zugeführt werden, s. 1 und 2 bzw. 4. Alternativ können die Leistungsversorgungen 9 und 11 von einer zentralen Leistungsversorgung gebildet sein.Another power supply 11 generates electrical power pulses 12 with or without phase shift to the electrodes 6a . 6b . 6c be supplied, s. 1 and 2 respectively. 4 , Alternatively, the power supplies 9 and 11 be formed by a central power supply.

Für das in 6 dargestellte nicht erfindungsgemäße Verfahren werden die periodischen Signale 10a, 10b, 10c mit den elektrischen Leistungspulsen 12 zu den überlagerten Signalen 13a, 13b, 13c überlagert. Die überlagerten Signale 13a, 13b, 13c werden den Elektroden 7a, 7b, 7c zugeführt, s. 3. Gemäß 6 ergibt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung eines Verfahrens und des im Rahmen des Verfahrens eingesetzten Strömungsflächenelements, da für eine Beaufschlagung mit Leistungsimpulsen zur Erzeugung des Plasmas und eine Beaufschlagung mit einem periodischen Signal zur Erzeugung der Förderbewegung dieselben Elektroden verwendet werden. Hierdurch kann die Zahl der Elektroden verringert, insbesondere halbiert werden. Diese nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung bedeutet, dass die elektrischen Leistungspulse und ein periodisches Signal zu einem einzigen Signal überlagert werden, mit dem dann die Elektroden beaufschlagt werden. Dies hat zur Folge, dass das Feld infolge des periodischen Signals unmittelbar in dem Bereich wirkt, in dem auch das Plasma erzeugt wird, nämlich im Umgebungsbereich derselben Elektrode.For the in 6 Non-inventive methods shown are the periodic signals 10a . 10b . 10c with the electrical power pulses 12 to the superimposed signals 13a . 13b . 13c superimposed. The superimposed signals 13a . 13b . 13c be the electrodes 7a . 7b . 7c supplied, s. 3 , According to 6 This results in a particularly compact embodiment of a method and the flow area element used in the process, since the same electrodes are used for application of power pulses to generate the plasma and an application of a periodic signal to generate the conveying movement. As a result, the number of electrodes can be reduced, in particular halved. This non-inventive embodiment means that the electrical power pulses and a periodic signal are superimposed to form a single signal, with which then the electrodes are acted upon. This has the consequence that the field due to the periodic signal acts directly in the area in which the plasma is generated, namely in the surrounding area of the same electrode.

Für den Fall, dass, wie in 3 und 4 dargestellt, mit Masse verbundene Elektroden 8 vorgesehen sind, kann ein Impulsbetrieb zur Erzeugung eines Plasmas durch abwechselnde Verbindung der Elektroden 8 und 6 herbeigeführt werden.In the event that, as in 3 and 4 shown connected to ground electrodes 8th are provided, a pulse operation for generating a plasma by alternately connecting the electrodes 8th and 6 be brought about.

Als grober Richtwert für eine Frequenz der Leistungspulse kann ungefähr 100 kHz (±10%, ±20%) angegeben werden, für die ein grobes Effizienzmaximum experimentell nachgewiesen werden kann.As a rough guideline for a frequency of the power pulses about 100 kHz (± 10%, ± 20%) can be given, for which a coarse efficiency maximum can be detected experimentally.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
StrömungsflächenelementFlow surface element
22
PlasmaerzeugungseinrichtungPlasma generating device
33
Dielektrikumdielectric
44
Oberflächesurface
55
Elektrodeelectrode
66
Elektrodeelectrode
77
Elektrodeelectrode
88th
Elektrodeelectrode
99
Leistungsversorgungpower supply
1010
periodisches Signalperiodic signal
1111
Leistungsversorgungpower supply
1212
elektrische Leistungspulseelectrical power pulses
1313
überlagertes Signalsuperimposed signal

Claims (5)

Verfahren zum Betrieb eines Strömungsflächenelements (1) mit mehreren über das Strömungsflächenelement (1) verteilten Plasmaerzeugungseinrichtungen (2), die als dielektrisch behinderte Entladungseinrichtungen ausgebildet sind und Elektroden (5, 6, 7, 8) aufweisen, wobei a) elektrische Leistungspulse (12) erzeugt werden, b) erste Elektroden (6) der Plasmaerzeugungseinrichtungen (2) mit den Leistungspulsen (12) beaufschlagt werden, c) im Bereich der ersten Elektroden (6) der Plasmaerzeugungseinrichtungen (2), die mit den Leistungspulsen (12) beaufschlagt werden, ein Plasma in einem die ersten Elektroden (6) umgebenden gasförmigen Medium erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass d) periodische Signale (10a, 10b, 10c) erzeugt werden, die von den elektrischen Leistungspulsen qualitativ unterschiedlich sind, wobei zumindest zwei periodische Signale (10a, 10b, 10c, ...) eine Phasenverschiebung aufweisen, e) zweite Elektroden (5a, 5b, 5c), die im Umgebungsbereich der ersten Elektroden (6) und des erzeugten Plasmas angeordnet sind, von den eine Phasenverschiebung aufweisenden periodischen Signalen (10a, 10b, 10c, ...) beaufschlagt werden, wodurch im Bereich der zweiten Elektroden (5a, 5b, 5c) ausschließlich Kräfte auf ionisierte Teilchen des erzeugten Plasmas ausgeübt werden, f) durch die Beaufschlagung der zweiten Elektroden (5a, 5b, 5c) mit den eine Phasenverschiebung aufweisenden periodischen Signalen (10a, 10b, 10c) und die auf die ionisierten Teilchen des Plasmas ausgeübten Kräfte eine Förderbewegung des Plasmas entlang dem Strömungsflächenelement (1) erzeugt wird.Method for operating a flow area element ( 1 ) with several via the flow area element ( 1 ) distributed plasma generating devices ( 2 ), which are designed as dielectrically impeded discharge devices and electrodes ( 5 . 6 . 7 . 8th ), wherein a) electrical power pulses ( 12 ), b) first electrodes ( 6 ) of plasma generating devices ( 2 ) with the power pulses ( 12 ), c) in the region of the first electrodes ( 6 ) of plasma generating devices ( 2 ) with the power pulses ( 12 ), a plasma in one the first electrodes ( 6 ) surrounding gaseous medium, characterized in that d) periodic signals ( 10a . 10b . 10c ) are qualitatively different from the electric power pulses, wherein at least two periodic signals ( 10a . 10b . 10c , ...) have a phase shift, e) second electrodes ( 5a . 5b . 5c ) in the vicinity of the first electrodes ( 6 ) and the generated plasma are arranged by the phase-shifted periodic signals ( 10a . 10b . 10c , ...) are applied, whereby in the region of the second electrodes ( 5a . 5b . 5c ) only forces are exerted on ionized particles of the plasma generated, f) by the application of the second electrodes ( 5a . 5b . 5c ) with the phase-shifted periodic signals ( 10a . 10b . 10c ) and the forces exerted on the ionized particles of the plasma, a conveying movement of the plasma along the flow area element (FIG. 1 ) is produced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die periodischen Signale (10a, 10b, 10c) als harmonische Signale ausgebildet sind.Method according to Claim 1, characterized in that the periodic signals ( 10a . 10b . 10c ) are formed as harmonic signals. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Leistungspulsen (12) beaufschlagte erste Elektroden (6a, 6b, 6c) und mit den periodischen Signalen (10a, 10b, 10c) beaufschlagte zweite Elektroden (5a, 5b, 5c) ungefähr senkrecht, nämlich mit einem Winkel von 80° bis 100°, zueinander orientiert sind.Method according to claim 1 or 2, characterized in that with the power pulses ( 12 ) acted upon first electrodes ( 6a . 6b . 6c ) and with the periodic signals ( 10a . 10b . 10c ) acted upon second electrodes ( 5a . 5b . 5c ) are oriented approximately perpendicularly, namely at an angle of 80 ° to 100 °, to each other. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Leistungspulsen (12) beaufschlagte erste Elektroden (6a, 6b, 6c) und mit den periodischen Signalen (10a, 10b, 10c) beaufschlagte zweite Elektroden (5a, 5b, 5c) ungefähr parallel, nämlich mit einem Winkel von –10° bis +10°, zueinander orientiert sind.Method according to claim 1 or 2, characterized in that with the power pulses ( 12 ) acted upon first electrodes ( 6a . 6b . 6c ) and with the periodic signals ( 10a . 10b . 10c ) acted upon second electrodes ( 5a . 5b . 5c ) are oriented approximately parallel, namely at an angle of -10 ° to + 10 °, to each other. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte mit periodischen Signalen (10a, 10b, 10c) beaufschlagte zweite Elektroden (5a, 5b, 5c) ungefähr äquidistant voneinander beabstandet sind und die Phasenverschiebungen (Δφ. 2Δφ, 3Δφ, ...) zwischen benachbarten zweiten Elektroden (5a, 5b, 5c) jeweils ungefähr konstant sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that adjacent to periodic signals ( 10a . 10b . 10c ) acted upon second electrodes ( 5a . 5b . 5c ) are approximately equidistant from each other and the phase shifts (Δφ 2Δφ, 3Δφ, ...) between adjacent second electrodes ( 5a . 5b . 5c ) are each approximately constant.
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