火花放電合成射流工作性能及其在激波控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行有效操控具有重要的應(yīng)用價(jià)值，新型流動(dòng)控制技術(shù)的研究對(duì)于改善飛行器的氣動(dòng)性能、提高飛行器的安全性和可操作性具有重要意義。作為一種新興的主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)，火花放電合成射流越來(lái)越受到眾多研究人員的關(guān)注。
　　激勵(lì)器本身是火花放電合成射流技術(shù)發(fā)展的核心，其設(shè)計(jì)水平和工作性能決定了火花放電合成射流技術(shù)的應(yīng)用方向和應(yīng)用效果，而激勵(lì)器出口構(gòu)型和環(huán)境壓力是影響激勵(lì)器工作性能的兩個(gè)重要因素?；鸹ǚ烹姾铣缮淞魅诤狭撕铣缮淞髋c等離子體激勵(lì)器兩

2、者的優(yōu)勢(shì)，克服了常規(guī)等離子體激勵(lì)器誘導(dǎo)氣流速度較低的不足，因而在高速流動(dòng)控制如激波控制方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
　　本文采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)靜止和超聲速條件下火花放電合成射流激勵(lì)器的工作特性及其在激波控制方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究。本文的研究?jī)?nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　?。?）將火花放電的物理效應(yīng)等效為氣體焦耳加熱的過(guò)程，通過(guò)在能量方程中引入能量源項(xiàng)，建立了火花放電合成射流唯象仿真模型并進(jìn)行了靜止空氣中單次

3、能量沉積過(guò)程火花放電合成射流的唯象模擬。提出將火花放電合成射流對(duì)外界流場(chǎng)的動(dòng)能和熱能注入分別作為表征射流“沖擊效應(yīng)”和“熱效應(yīng)”的參數(shù)，研究表明在單次放電條件下射流建立的自維持振蕩過(guò)程中，射流動(dòng)能和熱能主要集中于主射流階段且射流的“沖擊效應(yīng)”相比“熱效應(yīng)”衰減更快，在一個(gè)大氣壓下激勵(lì)器總的能量轉(zhuǎn)化效率約為2.3％。進(jìn)一步研究了收縮出口結(jié)構(gòu)和環(huán)境壓力對(duì)激勵(lì)器工作性能的影響。
　　（2）利用唯象模型對(duì)火花放電合成射流與超聲速主流相互干

4、擾特性進(jìn)行了研究，研究表明火花放電式合成射流憑借其較高的射流動(dòng)能，可以在超聲速流場(chǎng)中產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，使得平板邊界層流動(dòng)破壞，流動(dòng)出現(xiàn)分離與再附，流場(chǎng)中產(chǎn)生較強(qiáng)的激波結(jié)構(gòu)。隨著射流的噴出，激勵(lì)器上游分離區(qū)和流場(chǎng)中激波呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，激波由弓形激波逐漸弱化為斜激波。并且隨著放電能量的增加射流與主流的動(dòng)量通量比增大，射流的干擾和控制能力顯著增強(qiáng)。
　?。?）采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了三電極高能火花放電合成射流控制尖劈斜激波的研究，實(shí)驗(yàn)在來(lái)流

5、馬赫數(shù)為2的超聲速靜風(fēng)洞中進(jìn)行，采用高速陰影系統(tǒng)對(duì)控制流場(chǎng)進(jìn)行了觀測(cè)。研究表明，三電極高能火花放電合成射流對(duì)尖劈斜激波的控制效果顯著，可以實(shí)現(xiàn)斜激波的減弱和部分消除，射流對(duì)斜激波的作用持續(xù)時(shí)間約為230μs。
　?。?）針對(duì)前文研究中發(fā)現(xiàn)的超聲速條件下激勵(lì)器回填速率較慢的問(wèn)題，開(kāi)展了一種新型動(dòng)壓式火花放電合成射流激勵(lì)器的數(shù)值仿真研究，并進(jìn)一步對(duì)新型動(dòng)壓式激勵(lì)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，研究表明新型激勵(lì)器相比傳統(tǒng)激勵(lì)器腔體回填過(guò)程明顯改善，