边界层效应影响等离子体气动激励诱导激波机理

 针对小型暂冲式超声速风洞进行的诱导激波实验结果,提出等离子体气动激励诱导激波的机理不仅取决于放电时产生的焦耳热效应,放电区域的边界层厚度也起到了决定性的作用的推论。为进一步验证此思想,在高超声速激波风洞进行了等离子体气动激励诱导激波的实验研究。结果表明,在边界层很薄的情况下,等离子体气动激励能够诱导出斜激波。分别阐述了两种实验条件下诱导激波的机理,证实了边界层效应在等离子体与激波相互作用中起到了决定性作用。     

Shockwave–boundary layer interaction control by plasma aerodynamic actuation:An experimental investigation

The potential of controlling shockwave–boundary layer interactions(SWBLIs) in air by plasma aerodynamic actuation is demonstrated. Experiments are conducted in a Mach 3 in-draft air tunnel. The separation-inducing shock is generated with a diamond-shaped shockwave generator located on the wall opposite to the surface electrodes, and the flow properties are studied with schlieren imaging and static wall pressure probes. The measurements show that the separation phenomenon is weakened with the plasma aerodynamic actuation, which is observed to have significant control authority over the interaction. The main effect is the displacement of the reflected shock. Perturbations of incident and reflected oblique shocks interacting with the separation bubble in a rectangular cross section supersonic test section are produced by the plasma actuation. This interaction results in a reduction of the separation bubble size, as detected by phase-lock schlieren images.The measured static wall pressure also shows that the separation-inducing shock is restrained. Our results suggest that the boundary layer separation control through heating is the primary control mechanism.     

基于等离子体气动激励的斜劈诱导激波控制

基于弧光等离子体气动激励,采用不同的放电通道间距、放电通道数、放电直流输入电压、斜劈劈角、有无磁场作用等激励条件,实验研究了在超音速来流条件下(马赫数为2.2)斜激波位置、角度、强度的变化规律。结果表明:施加等离子体气动激励后,激波的起始位置平均前移1～8 mm,激波角平均减小4%～8%,激波强度平均减弱8%～26%。这主要是由于等离子体气动激励产生高温高压的表面等离子体层,使边界层分离点逆气流前移,改变了原有激波系结构,使原有的激波位置前移,激波角减小;同时由于局部的高温导致当地音速增大,使得当地马赫数减小,上述两个原因均可导致激波强度减弱。     

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在超音速风洞中进行了等离子体气动激励改变激波系结构的实验,考察了介质阻挡放电和横向直流放电对于激波系结构的影响。实验结果表明介质阻挡放电所产生的等离子体能够影响流场附面层。采用逆气流DBD放电后,激波强度略有增大;采用顺气流放电后,激波强度略有减弱。相对于介质阻挡放电,横向直流放电对减弱激波强度影响稍大。     

介质阻挡放电等离子体与激波相互作用实验研究

 主要针对介质阻挡放电等离子体改变激波系结构展开了实验研究。验证了介质阻挡放电等离子体气动激励能够对边界层施加影响,顺气流放电时能减小激波强度,逆气流放电时能增大激波强度。逆气流放电时,3组电极放电与4组电极放电比较,3组电极放电时压比更高。由于在该实验中放电区域比边界层小得多,介质阻挡放电产生的体积力远小于高速来流条件下的气动力,因此对激波的作用效果十分微弱。     

等离子体气动激励控制激波的机理研究

针对等离子体气动激励控制激波的热效应机理和电离效应机理的争议,分别采用热阻塞模型和离子声波模型,理论推导出了不同机理前提下电弧等离子体对尖劈斜激波的影响规律.对于热效应机理,激波变化规律是激波起始点前移、形状不弯曲以及角度减小;对于电离效应机理,激波变化规律是激波起始点仍维持在尖劈前缘点处、形状分为两段发生弯曲以及起始段的角度增大.针对该对立的理论推导结果,进行了电弧等离子体控制尖劈斜激波的超声速风洞实验研究,实验观察到尖劈斜激波起始点前移4 mm,激波角度减小8.6%,激波形状未发生弯曲.以热效应机理为前提推导出的理论结果与该实验结果相符,从而验证了等离子体气动激励控制激波是热效应机理在起主要作用. 关键词： 等离子体气动激励 激波 热效应 电离效应