力學(xué)大會(huì)2015集三角翼模型低速失速分離等離子體流動(dòng)控制技術(shù)研究

三角翼由于具有良好的超音速巡航特性和亞音速力特性等諸多優(yōu)點(diǎn)，了三角翼布局飛行器的發(fā)展。采用常規(guī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)很難從根本上彌補(bǔ)這缺陷，迫切需要新的技術(shù)，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)來滿足三角翼飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)指等離子體流場控制技術(shù)是一種較新的流場主動(dòng)流動(dòng)控制，等離子體控關(guān)鍵技術(shù)之一。國內(nèi)外很多科研院所、組織機(jī)構(gòu)、專家學(xué)者進(jìn)行了大量而卓有成效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論研究工作，推動(dòng)了低溫等離子體流動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。在航空航天領(lǐng)域，等離子體流動(dòng)控制的研究從早期降低超音速條件下鈍頭體的阻力，拓展到在亞音速和低速條件下用于減小翼面阻力、湍流控制、失速分離控制、取代飛機(jī)常規(guī)舵面控制等方面。等離子體激勵(lì)器的工作原理也從早期在真空或低壓惰性氣體條件下的電弧放電方式，發(fā)展到在大氣條件下穩(wěn)定的直流電暈放電、射頻輝光放電和介質(zhì)阻擋放電（B）等方式。B等離子體具有放電溫度低、構(gòu)簡單應(yīng)用方便等特點(diǎn)，是目前等離子體流動(dòng)控制領(lǐng)域普遍應(yīng)用的一種激勵(lì)方式，其原理圖如圖1。圖1DBD等離子發(fā)生器原理度時(shí)，翼面旋渦破碎，渦核中的軸向流動(dòng)突然，并在渦核中形成駐點(diǎn)，渦核圖2三角翼上的流動(dòng)結(jié)這種等離子體通過頻率耦合、非定常擾動(dòng)等方式進(jìn)行流動(dòng)控制。工程大學(xué)李渦流控制擊擾動(dòng)在的過程中產(chǎn)生旋渦過渦流動(dòng)控制，促進(jìn)附面層與主流的能量摻混，借助主流的能量提高金壁面流動(dòng)的動(dòng)能，進(jìn)而抑制流動(dòng)分離；三是頻率耦合”動(dòng)激勵(lì)的脈沖頻率接近流場的最佳響應(yīng)頻率，從非定常、非線性的角度，實(shí)現(xiàn)等離子體氣動(dòng)激勵(lì)和流場耦合，既能提升等離子體流動(dòng)控制的效果，又可以降低功耗[1圖3所示為短脈沖等離子體激勵(lì)器工作時(shí)紋影圖電瞬間在激勵(lì)器周圍形成一道很強(qiáng)的壓縮波擾；圖4是荷蘭代爾夫特理工大學(xué)用紋影拍攝的短脈沖等離子體在翼型表面的工作情況，激勵(lì)器產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)壓縮波擾動(dòng)擾動(dòng)隨氣流向下游運(yùn)動(dòng)頻率耦合、非定常能量摻圖3等離子體激勵(lì)器工作紋影圖4等離子體激流動(dòng)控制問題圖（荷蘭戴代爾夫特大學(xué)究。模型的氣動(dòng)力使用內(nèi)式六分量應(yīng)變天平測量，天平信號(hào)由VXI，精中的試驗(yàn)如圖5所示。圖5三角翼模型等離子體控制試驗(yàn)影響等離子體流動(dòng)控制效果的因素包括等離子體激勵(lì)器的激勵(lì)電壓）對激勵(lì)頻率無量綱化處理，最后對不同風(fēng)體控制效果進(jìn)行分析。試驗(yàn)時(shí)激勵(lì)器布置在模型前緣電源的半脈沖寬度為30微秒。原則上提高等離子體激勵(lì)器的激勵(lì)電壓能夠提高等離子體激勵(lì)的擾動(dòng)強(qiáng)時(shí)控制效果適中，最大升力系數(shù)可提高4.07%；st=4時(shí)控制效果，最大升力系110-0.2smasmasmasma00圖8～圖10為激勵(lì)電壓10Kt110-0.2smasmasmasma00I測量剖面位置如圖11所示。圖12為m/sKtI速度云圖時(shí)迎角25圖可知不施加等離子體控制時(shí)渦渦心位置較穩(wěn)定，施加等離子體控制在0相位時(shí)渦心向左偏移，1/4相位時(shí)分離渦下壓呈扁平狀，在1/2T和34相位分離渦的形狀基本恢復(fù)圖上還發(fā)現(xiàn)施加等離子體控制后，翼面分離渦誘導(dǎo)氣流下洗的高速區(qū)域向左偏移。圖13所示為等離子體控制縱向剖面的I速度云圖圖可知，等離子體控制并沒有消除翼面分離，而是使分離區(qū)的邊界出現(xiàn)波動(dòng)邊界的波動(dòng)與擾動(dòng)的相位有關(guān)1/2相位時(shí)波動(dòng)在圖像的中間附近，3/4相位波動(dòng)移動(dòng)到圖像右側(cè)3/4附近。了便于觀測擾動(dòng)與主流流動(dòng)的耦合，繪制了橫向剖面的量圖圖14所示，沒有施加等離子體激勵(lì)器時(shí)渦量圖較干凈后。圖11PIV試驗(yàn)鋪面位置示意（a）sma 圖12等離子體不同相位橫向剖面PIV速度云（a）sma 圖13等離子體不同相位縱向剖面PIV速度云（a）sma

圖14等離子體不同相位橫向剖面渦量[1]紅,,,.,提高抑制流動(dòng)分離能力的等離子體沖擊 ForteM,MoreauE,TouchardG,etal.Potimizationofadielectricbarrierdischargeactuator.AIAAPaper,2006.2006-2863.PaM,SowleZ,CorkeTC,etal.Autonomoussensingandcontrolofwingstallusingasmartsmaslat.AIAAPaper,2006.2006-1207.[6]J.R.Roth.In ctionofElectromagneticFieldswithMagnetizedsmas[R].AD2A85496.1996:204-MehulP.Pater，T.TerryNg，SrikanthVasudevan.smaactuatorsforhingelessaerodynamiccontrolofanuumannedairvehicle[C].3rdAIAAFlowControlConference,SanFrancisco,California,2006,AIAA2006-Lopera,J.,Ng,T.T.,andCorke,T.C.,“AerodynamicControlof1303UAVUsingWindwardSurfacesmaActuatorsonaSeparationRamp,”AIAAPaper2007-636,8–11Jan.2007.SergeyB.Leonov,sma-InducedEthyleneIgnitionandFlameHoldinginConfinedSu icAirFlowatLowTemperatures,smascience,IEEETransactionon,Issue:99,Feb.2011,:10. MayiaNudnova,SvetlanaKindusheve,NikolayAleksahdrov,PhysicsofNanosecondPulsedsmaActuators,smaFlowControl:Fundamentals,ModelingAndApplications,LectureSeries2011-02.[12]D.Caruana,smasDevicesforAero