等离子体激励器诱导射流的湍流特性研究

为了进一步掌握等离子体流动控制机理, 完善等离子体激励器数学模型, 提升等离子体激励器扰动能力, 采用粒子图像测速技术, 在静止空气下开展了介质阻挡放电等离子体激励器诱导射流特性研究. 实验时, 将非对称布局激励器布置在平板模型上, 随后将带有激励器的模型放置在有机玻璃箱内, 从而避免环境气流对测试结果的影响. 基于激励器诱导流场, 分析了激励电压对诱导射流特性的影响, 揭示了较高电压下诱导射流近壁区的拟序结构, 获得了卷起涡、二次涡等拟序结构的演化发展过程, 计算了卷起涡脱落频率, 阐述了卷起涡与启动涡的区别, 初步探索了卷起涡的耗散机制. 结果表明: (1)层流射流不能完全概括等离子体诱导射流特性, 激励电压是影响射流特性的重要参数. 当电压较低时, 诱导射流为层流射流; 当电压较高时, 诱导射流的雷诺数提高, 射流剪切层不稳定, 层流射流逐渐发展为湍流射流. (2)等离子体诱导湍流射流包含着卷起涡、二次涡等拟序结构; 在固定电压下, 这些涡结构存在恒定的卷起频率. (3)当激励电压较高时, 流动不稳定使得卷起涡发生了拉伸、变形, 引起了流场湍动能增大, 从而加速了卷起涡的耗散. 研究结果为全面认识激励器射流特性, 进一步挖掘激励器卷吸掺混能力, 提升激励器控制能力积累基础.      

新型等离子体激励器对翼型的减阻效果

论述了在西北工业大学低湍流度风洞中采用新型等离子激励器对NACA0015翼型的减阻实验.实验风速为35m/s,攻角范围取0°~20°.并参照压力分布和总压分布实验结果对减阻效果进行了对比分析.本文还进行了有关等离子体激励抑制翼型流动分离的数值模拟研究,基于等离子体激励器的简化模型将体积力以源项方式引入到N-S方程中求解,得到激励器工作时的流场分布.结果表明在新型等离子体激励器开启后:在小攻角范围内,尾耙的总压分布曲线与坐标轴的纵轴(尾耙高度轴)所围面积变化不大;当攻角≥12°时,尾耙的总压分布曲线与坐标轴的纵轴(尾耙高度轴)所围面积明显减小.从而说明该新型等离子体激励器能够有效地减少翼型的阻力.     

基于空中发射的运载火箭气动特性实验研究

为了研究空中发射运载火箭的气动特性,本文针对15°半顶角的圆锥-圆柱组合体火箭模型,在1.2m×1m的低速风洞进行实验研究。利用六分量天平测量0°α80°、60m/s以下8个速度的力和力矩特性,基于圆锥底部的雷诺数范围由0.129×106到0.456×106。实验结果显示,随着迎角的增加,火箭流场经历了附体流动、对称旋涡、非对称旋涡到类卡门涡街的变化历程,旋涡的变化决定了火箭的气动特性。特别是30°α70°的大迎角区域,侧力受雷诺数的影响明显,反映了雷诺数变化对火箭流场亚临界区域和临界区域的影响规律。为提高火箭纵向稳定性和姿态的调整,设计了收敛-扩张形尾部并进行了实验验证。研究结果可为空射火箭的外形设计和稳定性分析奠定一定的理论基础。     

优化跨音速自适应壁试验段设计的试验研究

分析了在矩形截面试验段中三元模型试验时的洞壁干扰分布。讨论了为扩大二元柔壁自适应壁风洞中进行飞机模型试验时的无干扰区，较合适的试验段宽高比。用两个翼身组合体模型，在西北工业大学高速二元柔壁自适应风洞中作了变试验段宽高比为Ｂ／Ｈ＝１．０，１．２，１．４时的测压试验。两个模型都在德国宇航院ＨＫＧ高速风洞中作了对比试验，研究结果表明，Ｂ／Ｈ＝１．４的柔壁试验段截面较为合适。     

高速二元柔壁自适应风洞消除三元波反射探索

介绍了近年来跨音速二元柔壁自适应风洞中消除三元波反射的试验技术研究,包括研究现况、试验方法、试验结果与分析等。通过初步探索,展示了跨音速二元柔壁自适应风洞的潜力与应用前景。     

等离子体激励器诱导射流的湍流特性研究

为了进一步掌握等离子体流动控制机理,完善等离子体激励器数学模型,提升等离子体激励器扰动能力,采用粒子图像测速技术,在静止空气下开展了介质阻挡放电等离子体激励器诱导射流特性研究.实验时,将非对称布局激励器布置在平板模型上,随后将带有激励器的模型放置在有机玻璃箱内,从而避免环境气流对测试结果的影响.基于激励器诱导流场,分析了激励电压对诱导射流特性的影响,揭示了较高电压下诱导射流近壁区的拟序结构,获得了卷起涡、二次涡等拟序结构的演化发展过程,计算了卷起涡脱落频率,阐述了卷起涡与启动涡的区别,初步探索了卷起涡的耗散机制.结果表明:(1)层流射流不能完全概括等离子体诱导射流特性,激励电压是影响射流特性的重要参数.当电压较低时,诱导射流为层流射流;当电压较高时,诱导射流的雷诺数提高,射流剪切层不稳定,层流射流逐渐发展为湍流射流.(2)等离子体诱导湍流射流包含着卷起涡、二次涡等拟序结构;在固定电压下,这些涡结构存在恒定的卷起频率.(3)当激励电压较高时,流动不稳定使得卷起涡发生了拉伸、变形,引起了流场湍动能增大,从而加速了卷起涡的耗散.研究结果为全面认识激励器射流特性,进一步挖掘激励器卷吸掺混能力,提升激励器控制能力积累基础.     

二元自适应壁风洞实验技术研究

介绍了在柔壁自适应壁风洞中，进行大堵塞比翼型低、跨音速实验消除洞壁干扰的研究，叙述了西北工业大学低、跨音速柔壁自适应壁风洞实验的迭代方案和高亚音速一步调整方案，以及所进行的实验和计算验证。结果表明，本文提出的洞壁调整方案可以有效地消除二维柔壁自适应风洞中大堵塞比翼型实验的洞壁干扰。     

等离子体诱导圆锥前体流场的PIV测量

在封闭光学玻璃箱体内,应用介质阻挡放电等离子体对20°顶角圆锥附近的静止大气进行了定常和脉冲循环控制,对等离子体诱导的圆锥截面绕流速度场进行了二维PIV测量,在定常控制和脉冲循环控制下,比较分析了最大绕流速度及最大轴向涡量,研究了脉冲频率和电压对上述参数的影响。实验结果表明:存在一个交流电压阈值(Vp-p≈14.0 kV),当电压高于这个阈值后,相对于定常控制模式,脉冲循环控制下沿90°方位角径向线上分布的时间平均切向速度和轴向涡量迅速增加;在脉冲循环控制控制下,动量传递主要表现为分离涡的形成而不是气流的加速。     

等离子体激励器控制圆柱绕流的实验研究

为了发展新型移动附面层控制技术,提升流动控制效率,采用粒子图像测速技术,开展了基于对称布局等离子体气动激励的圆柱绕流控制研究,获得了静止空气下,对称布局激励器诱导流场的演化过程,评估了来流条件下等离子体控制效果,通过等离子体诱导涡实现了虚拟移动附面层控制,分析了诱导涡随时间演化的过程,揭示了圆柱绕流等离子体控制机理.结果表明:(1)在静止空气下,对称布局激励器在刚启动瞬间,会在暴露电极两侧诱导产生一对旋转方向相反的启动涡;随着时间的推移,启动涡逐渐向远离壁面的方向运动;随后,激励器在暴露电极两侧产生了两股速度近似相等,方向相反的诱导射流,诱导射流在柯恩达效应的影响下,朝壁面方向发展.(2)当激励电压峰峰值为19.6 kV,激励频率3kHz时,施加等离子体气动激励后,圆柱脱落涡得到了较好抑制,圆柱阻力系数减小了21.8％;(3)在来流作用下,对称布局激励器在靠近来流一侧,诱导产生了较为稳定的涡结构.诱导涡通过旋转、运动,促进了壁面附近低能气流与主流之间的掺混,抑制了圆柱绕流流场分离,实现了"虚拟移动附面层控制"效果.与传统移动附面层控制技术相比,基于等离子体气动激励的新型移动附面层控制技术不需要复杂、笨重的机构,不会带来额外的阻力,具有潜在的应用前景.