纳秒脉冲等离子体激励控制短舱侧风流动分离实验研究

短舱进气道在侧风工作状态下会发生流动分离,导致发动机进气畸变,甚至造成发动机喘振。等离子体流动控制技术在改善流场特性领域具有自身独特的发展优势,其主要难点在于等离子体激励能否与流场产生有效耦合作用实现流动控制目标,而高压脉冲等离子体技术以其功耗相对较低、对流场持续产生扰动等优势,在控制翼型/机翼流动分离中已取得显著成果,在短舱流动分离控制中存在巨大的潜力。首先探究了侧风影响下短舱进气道的基准气动规律,定量分析总压畸变程度,从而确定了等离子体激励工况,然后采用120°周向激励布局,在不同激励频率电压条件下,进行纳秒介质阻挡放电(NS-DBD)的流动控制效果验证和激励参数影响规律研究。结果表明:施加NS-DBD激励,总压损失系数降低,流动分离范围减小,总压畸变基本消失;随着激励频率的提升,总压畸变程度呈现先减小后增加的趋势;在激励过程中存在一个固有最佳耦合频率,在最佳耦合频率下,总压畸变改善效果最佳;在来流速度为25 m/s,来流偏角为10°的条件下,施加NS-DBD激励,使得平均总压损失系数减小了26.09%,畸变指数减小了31.48%;激励电压阈值上限为10 kV,阈值下限为8 kV;而通过改变激励电压,以改变激励能量的注入,对分离流场改善效果的提升不明显,因此,在实现分离流场控制的同时应尽可能降低激励电压至电压阈值下限,有助于降低能耗、提升寿命,促进等离子体流动控制技术的推广应用。

等离子体激励与电加热式防冰性能对比

飞机结冰威胁飞行安全,针对这一问题,通过记录结冰动态过程及测量表面温度变化对比研究了布置在NACA0012翼型上的等离子体激励、电阻丝电热及石墨烯电热在结冰风洞中的防冰性能。结果表明:在输入功率相同的情况下,等离子体激励和石墨烯电热均能有效地实现防冰,而电阻丝电热在无热源区域无法完全预防结冰。红外测量结果表明:石墨烯电热膜加热后表面最高温度低于其他2种方法。然而,由于其均匀的加热特性,整个加热表面的最低温度保持在0℃以上,足以防止结冰。对于等离子体激励和电阻丝电热,二者表面的温度分布具有不均匀性,通过散热性能对比,等离子体激励要高于电阻丝电热。等离子体激励通过在近壁面气体放电直接加热激励器周围的来流冷空气与过冷水滴,而电阻丝加热对绝缘介质的热传导性能差,无法有效增加周围热量致使容易在无热源区域结冰。