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基于介质阻挡放电等离子体的体积力气动激励机理,仿真研究了等离子体增升减阻技术对沿螺旋桨桨径方向均匀分布的10个叶素气动特性的改善效果.采用叶素理论,对比分析了等离子体对螺旋桨整体气动性能的提高效果.主要结论有:桨尖和桨叶根部的叶素容易发生气动分离现象,其中根部叶素处于负攻角的工况中;采用介质阻挡放电等离子体流动控制技术可以完全抑制流动分离不太严重的桨叶中部区域的叶素气动分离,对桨尖处翼型的严重气动分离不能完全抑制但也有改善作用,但对处于负攻角工况的叶素作用不大;等离子体增升减阻技术确实可以提高螺旋桨的气动性能,对本文所研究的情况,螺旋桨的拉力和效率分别提高了28.27％和 12.3％.     

临近空间螺旋桨叶素非定常等离子体增效实验研究

基于等离子体诱导射流雷诺相似原则和螺旋桨叶素理论,开展了螺旋桨叶素地面风洞实验,比较了定常与非定常两种激励模式对螺旋桨拉力的影响,以及非定常模式下占空比、频率的影响。结果表明：相同电压幅值下,定常模式对螺旋桨拉力增效为9.8%,非定常模式对螺旋桨增效大于定常模式,非定常模式下最大增效 20.4%。螺旋桨桨叶相对半径在0.4 与0.85 之间时,非定常等离子体流动控制对螺旋桨叶素拉力增效较好,将等离子体激励器布置在桨叶相对半径0.4 与0.85 之间可提高能量利用率。相同重复频率下,螺旋桨增效随着占空比的减小而增大,占空比为10%时,增效最大。相同占空比下,重复频率存在一个最优值,频率为30Hz 时,等离子体对螺旋桨的增效最大。     

等离子体激励翼型分离流动控制数值模拟

文章利用CFD软件FLUENT中的自定义函数接口, 将等离子体对中性气体的激励作用模型化为体积力引入Navier-Stokes方程, 研究了等离子体气动激励诱导的平板射流, 以及介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)等离子体激励对NACA0015翼型大迎角分离流的控制作用.计算分析表明, 多对电极等离子体激励器可以有效控制NACA0015翼型大迎角分离流动.      

多相等离子体气动激励流动特性

 等离子体激励器电极组相位不同便产生多相等离子体气动激励,建立了粒子图像测速仪流场参数测试系统,利用粒子图像测速仪技术,研究了非对称布局等离子体气动激励诱导空气流动特性,分析了多相等离子体气动激励对诱导空气流动速度的影响。结果表明：粒子图像测速仪流场测试系统能够准确地反映等离子体气动激励诱导空气流动的流场空间结构,等离子体气动激励诱导空气流动是平行于激励器的近壁面射流,多相等离子体气动激励能够增大等离子体气动激励诱导气流速度,或者使等离子体气动激励影响流场区域增大。粒子图像测速仪系统是深入研究等离子体气动激励的流场结构最佳的方式之一。     

基于Kriging代理模型的DBD等离子体控制叶顶泄漏流动研究

本文采用数值方法研究了布置于涡轮动叶叶顶的多个等离子体激励器组合对间隙泄漏流动的影响。结果表明:不同的极板数目和位置组合对间隙泄漏流量有着十分明显的影响。在叶顶沿吸力边布置等离子体激励器的最佳位置在大约55%S/Sps处,布置相同数目的等离子体激励器,在靠近尾缘处的控制效果要远好于在前缘附近的控制效果;等离子体激励器在叶顶靠近吸力边处产生诱导涡,阻碍了间隙内流体的流动,使泄漏流体的速度降低。同时还会使得分离泡的破碎提前,有利于减小掺混损失;对泄漏流动的控制效果不会随着等离子体极板数增加而持续增强,而存在一定限度,最优布置方式的泄漏流量较原型下降约46%,相应的出口截面能量损失下降了15.7%。     

两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究

采用放电测量和高速阴影技术对两电极等离子体合成射流激励器工作特性进行了系统实验研究.实验表明:激励器工作击穿电压和放电峰值电流随激励器所处环境压强的降低和放电频率的增大而减小,激励器腔体内的放电过程为火花电弧放电.典型的等离子体合成射流流场包含有一道前驱激波和一股呈蘑菇状的高速射流.在整个射流发展过程中,前驱激波以当地声速恒速传播,不随激励器条件的改变而变化,波的强度则随着激励器出口直径的减小、腔体体积的增大、环境压强的降低和放电频率的升高而减小.激励器腔体体积和放电频率的增加会降低腔内气体的加热效果,并减小射流速度.激励器出口直径和环境压强对射流速度的影响按规律变化且存在最佳值.本文实各验条件下激励器都产生了明显的前驱激波和高速射流,具有实现高速流场主动流动控制的应用潜能.     

飞翼模型纵向气动特性等离子体流动控制试验

为了改善大展弦比飞翼模型纵向操纵性和稳定性,在低速风洞中开展了等离子体流动控制技术的试验研究.采用粒子图像测速技术获取了等离子体对翼面流场的影响.采用静态测力技术获取了等离子体对模型气动力和升降舵舵效的影响.采用虚拟飞行试验技术获取了等离子体对俯仰角和俯仰角速度时间历程的影响.通过对粒子图像测速和测力试验结果的分析表明,等离子体能够抑制翼面流动分离,阻止气动中心前移,改善模型的大迎角纵向气动特性.通过分析不同舵偏角的测力数据,来流风速V=50 m/s时等离子体能够改善飞翼模型大迎角的升降舵舵效,在不同舵偏角时均使模型的最大升力系数提高约0.1、失速迎角推迟4°以上.通过分析虚拟飞行试验结果,等离子体能够将模型的临界俯仰角提高3.6°,能够改善飞翼模型的纵向飞行稳定性和操纵性.     

磁加速等离子体激励器激励特性

为了增强等离子体激励器的扰动能力、提升等离子体气动激励的控制效果,采用高压探针、烟流显示和PIV流场测试等多种研究手段,开展了磁场加速等离子体激励器特性研究,获得了激励器不同时刻的放电图像,分析了磁场强度对激励器电学特性与诱导流场特性的影响规律.结果表明,（1）放电等离子体的定向运动速度与磁场强度成正比,磁加速等离子体的最大移动速度达到了6 m/s;（2）通过对不同剖面的诱导流场进行研究发现,磁场加速等离子体激励器能够在近壁区产生一系列涡结构.此外,该诱导流场具有显著的三维特征与非定常特性.研究结果为开展基于磁加速等离子体气动激励的流动控制奠定了基础.      

三电极共面介质阻挡放电的放电特性及诱导气流实验研究

等离子体流动控制激励器由于其响应速度快、激励频带宽、能量损耗低、可靠性强的优势,在航空航天领域的主动流动控制等方面得到了广泛应用.文章提出了一种新型的等离子体气动激励器——三电极共面介质阻挡放电激励器,研究了该激励器电极结构对放电特性和诱导气流速度的影响,并与传统共面介质阻挡放电和沿面介质阻挡放电激励器进行了比较.结果表明:（1）随着激励电压的提高,高压电极和地电极之间先出现了丝状放电并逐渐延伸到第三电极;（2）随着第三电极与高压电极之间的距离增大,诱导气流速率从2.4 m/s下降到0 m/s,而第三电极宽度的变动对诱导气流速度影响可忽略不计;（3）相同外部条件下,该激励器诱导的气流速度小于沿面介质阻挡放电激励器,但高于共面介质阻挡放电激励器.      

等离子体气动激励器布局对放电特性与加速效果的影响

在常规大气环境下,对常规、半圆和锯齿三种不同布局的等离子体气动激励器的放电特性与加速效果进行了实验研究,对不同激励参数下的频率与放电电压和频率与放电电流以及等离子体气动激励器诱导的边界层速度进行了测量。实验结果表明：当等离子气动激励器基本设计参数相同时,布局形式的改变使得放电电压和放电电流参数值发生变化,但其谐振频率保持不变,诱导气流速度则相应的发生改变;实验中还发现,半圆、锯齿等离子体气动激励器放电时离子流对绝缘材料有很强的破坏作用。     

低Reynolds数下合成双射流控制结冰翼型流动分离的数值模拟

通过FLUENT软件数值模拟的方法,分别对结明冰、混合冰、霜冰翼型的气动特性进行了研究,分析了合成双射流对改善结冰翼型流动分离的影响规律.结果表明:3种冰形均破坏了翼型的流线型,对翼型的气动力特性有不同程度的影响,其中霜冰对翼型气动力特性影响最小,明冰对翼型气动力特性影响最大,混合冰介于两者之间.开启合成双射流激励器,在小攻角情况下,结冰翼型的气动特性得到了有效的改善.而在大攻角情况下,合成双射流激励器不能完全消除分离涡,但可以推迟分离涡,分离涡厚度增加,分离涡最厚点推后.      

Dynamic evolution of vortex structures induced by tri-electrode plasma actuator

Plasma flow control is a new type of active flow control approach based on plasma pneumatic actuation.Dielectric barrier discharge(DBD) actuators have become a focus of international aerodynamic research.However,the practical applications of typical DBDs are largely restricted due to their limited discharge area and low relative-induced velocity.The further improvement of performance will be beneficial for engineering applications.In this paper,high-speed schlieren and high-speed particle image velocimetry(PIV) are employed to study the flow field induced by three kinds of plasma actuations in a static atmosphere,and the differences in induced flow field structure among typical DBD,extended DBD(EX-DBD),and tri-electrode sliding discharge(TED) are compared.The analyzing of the dynamic evolution of the maximum horizontal velocity over time,the velocity profile at a fixed horizontal position,and the momentum and body force in a control volume reveals that the induced velocity peak value and profile velocity height of EX-DBD are higher than those of the other two types of actuation,suggesting that EX-DBD actuation has the strongest temporal aerodynamic effect among the three types of actuations.The TED actuation not only can enlarge the plasma extension but also has the longest duration in the entire pulsed period and the greatest influence on the height and width of the airflow near the wall surface.Thus,the TED actuation has the ability to continuously influencing a larger three-dimensional space above the surface of the nlasma actuator.     

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Based on Reynolds similar principles of plasma-induced jet and propeller blade element theory, experiment of propeller blade element wind tunnel was conducted. The effects of constant and unsteady model were compared, effect of different duty cycle and the frequency in unsteady model were studied. The results showed that: at the same voltage, the enhancement of propeller thrust was 9.8% by steady mode, unsteady mode was greater than the steady mode in enhancement of propeller thrust, the enhancement up to 20.4% in unsteady mode. The thrust enhancement of propeller blade elements by plasma was obvious with relative radius between 0.4 and 0.85, in order to improve energy efficiency, plasma actuator could be arranged between blade relative radius of 0.4 and 0.85. At the same frequency, enhancement of propeller thrust increased with duty cycle decreasing, and in duty cycle of 10%, the enhancement was greatest. At the same duty cycle, there existed an optimal frequency, it was 30Hz in which plasma enhanced propeller thrust the most.     

交错电极介质阻挡放电等离子体弦向特性的研究

在绝缘材料两侧交错布置电极的方式是航空领域所使用的等离子体激励器与众不同之处,因此航空等离子体激励器生成的等离子体具有沿弦向变化特点。利用光谱仪、红外热像仪、激光诱导荧光系统(LIF)对交错电极介质阻挡放电等离子体弦向特性进行了实验研究,并对介质阻挡放电等离子体流动控制机理作了初步的探讨。实验中发现等离子体发光强度和温度沿弦向的分布基本符合高斯分布;发射等离子体光谱强度随着电压升高而增大;等离子体弦向温度随激励电压的增大而增加;通过LIF系统直接检测到放电产生的NO。通过数值模拟得到电极附近的电势和电场强度分布进而对实验现象作了初步的解释,并在以上实验的基础上,将等离子体流动控制机理归纳为撞击效应、温升效应和化学反应效应。     

Modified split-potential model for modeling the effect of DBD plasma actuators in high altitude flow control

Surface DBD plasma actuators are novel means of actively controlling flow. They have shown promising ability in reducing drag, postponing transition from laminar to turbulent flow, suppression of separation, noise reduction and enhancement of mixing in different applications. The CFD simulation of the effect of plasma actuator in such kind of applications could provide more information, and insight, for optimization and design of close looped flow control systems. However, the fluid models for simulating the formation of the plasma and its effect are computationally expensive such that, although they provide more detailed information about the physics related to the formation plasma, they are still not viable to be used in large scale CFD simulations. In this paper, we present the modified version of a simpler model that predicts the thrust generated by the plasma actuator with acceptable accuracy and can be easily incorporated in CFD calculations. This model is also free of empirical fitting parameters, being based on pure flow physics scaling.     

基于AC-DBD等离子体激励的NACA0012翼型动态失速控制

以NACA0012翼型为研究对象,采用动态测压及PIV测量技术,研究了AC-DBD等离子体激励器对翼型俯仰及耦合运动动态失速的控制作用和机理.研究表明,等离子体激励能够显著推迟失速迎角,抑制失速后的升力系数陡降,提前流动再附和升力系数回升,减小升力及俯仰力矩系数曲线迟滞环面积,改善翼型气动特性.研究了不同运动参数及激励...     

Dielectric barrier plasma dynamics for active aerodynamic flow control

The paper investigates the dynamics of a new multiple bipolar multiple Dielectric Barrier Discharges(DBD)actuator using in large-scale flow control.Particle image velocimetry experiments are performed to characteristic the effectiveness of the multiple bipolar DBD plasma actuator.The results show that the mutual interaction between the electrodes,one major disadvantage of traditional DBD characterized by reverse discharge can be entirely avoided,and a constantly accelerating electric wind velocity can be obtained by using the new multiple bipolar DBD plasma actuator.