微秒脉冲等离子体激励控制侧风条件下短舱流动分离实验研究

典型短舱进气道在侧风飞行条件下会发生流动分离,产生进气畸变,严重影响发动机性能。将等离子体流动控制技术用于短舱进气道侧风畸变控制,改善进气流场品质。采用纹影系统研究微秒脉冲介质阻挡放电(μs-DBD)等离子体激励器的激励特性,结果表明,任一脉冲周期的开始时刻激励流场产生半圆形冲击波,微秒脉冲通过对流场进行快速加热,能够产生冲击扰动效应,促进流动掺混。随后,采用总压探针对短舱进气道气动交界面处的总压损失情况进行测量,探究μs-DBD抑制侧风条件下短舱流动分离的规律。结果表明:μs-DBD激励能有效降低侧风条件下进气道分离流场的出口截面总压损失系数,缩小侧风分离区;流动控制效果随激励频率的增大而增强,当激励频率达到一定阈值后,流动分离得到完全控制;保持短舱进气道轴向与来流之间的夹角不变,在相同激励频率下,来流速度增大,流场分离程度减小,流动分离控制效果增强,分离流场得到完全控制所需的激励频率降低;探究不同激励器布局的控制效果,在相同来流参数和激励器参数下,展向布局激励效果优于流向布局激励。为进一步模拟真实发动机的影响,在短舱后部进行抽吸,短舱流通能力得到提升,流动分离减弱,但μs-DBD激励仍能对侧风流动分离进行有效控制,流动控制效果随激励频率的变化规律与无抽吸情况下相同。

纳秒脉冲气动激励无人机流动控制风洞试验

等离子体流动控制作为一种新型的主动流动控制技术,可显著提升飞行器的气动性能。采用纳秒脉冲气动激励进行了某型无人机流动分离控制实验。实验结果表明:纳秒放电和毫秒放电的激励电压几乎相等,但是纳秒放电产生的电流(30A)比毫秒放电电流(0.1A)大得多;纳秒脉冲气动激励在流场中诱导产生近似向上的冲击波,最大诱导速度不超过0.5m/s;纳秒放电的快速温升效应在静止空气中诱导产生冲击波,冲击波的持续时间约为80μs,传播速度约为380m/s;当激励电压大于一定阈值时,纳秒脉冲气动激励使得该型无人机上表面的流动分离得到抑制,临界失速迎角从20°提升至27°,最大升力系数增大11.24%。探究放电频率对流动控制效果的影响规律,结果表明:最佳激励频率是使得施特劳哈尔数为1的频率值;在附面层流动控制方面,纳秒脉冲气动激励较毫秒脉冲气动激励更加有效;纳秒脉冲等离子体流动控制的主要机制是冲击效应,在高速流动控制中,冲击效应比动力效应更加有效。

Viper Jet无人机等离子体流动控制飞行验证

以往的地面风洞实验研究表明等离子体流动控制具有极大的实用价值。为探索等离子体流动控制应用的关键技术,开展了低速无人机等离子体流动控制飞行验证研究。首先,设计了无人机试飞实验系统和试飞方案,据此进行激励特性测试和地面风洞实验,测试了毫秒脉冲等离子体激励的放电特性,在风洞中验证了毫秒脉冲等离子体流动控制对Viper Jet无人机失速分离的控制效果。然后,进行了Viper Jet无人机等离子体流动控制飞行验证,结果表明AC-DBD激励能有效减小飞机起飞与降落滑跑距离。

阵列式表面电弧等离子体气动激励控制三角翼流动分离的实验

为探索多路阵列式微秒脉冲表面电弧放电(μs-SAD,Microsecond pulse surface arc discharge)对尖前缘小后掠三角翼流动分离的控制效果和作用机理,首先通过放电测试和纹影测试对多路阵列式μs-SAD的激励特性进行研究,揭示其对流场的作用原理,进一步将多路阵列式μs-SAD用于三角翼流动控制,开展了小后掠三角翼流动分离控制低速风洞实验,研究了来流速度、激励电压和激励频率等参数对控制效果的影响规律。结果表明:多路阵列式μs-SAD能够快速放热,单路瞬间放电能量可达68mJ,在流场局部可诱导产生冲击波;机翼前缘多路阵列式μs-SAD能有效改善三角翼大迎角气动特性,当来流速度为30m/s时,使最大升力系数提高27.2%,失速迎角推迟4°;来流速度增大到40m/s时,流动控制效果减弱,使最大升力系数提高15.5%;存在最佳激励频率使无量纲频率F^+=1时,控制效果最好;激励电压存在阈值,其随来流速度的增加而增大,当激励电压超过阈值电压继续增大时,流动控制效果不再增强。

基于Queuing Theory模型的机场安检口客流量优化

本文以美国芝加哥奥黑尔国际机场为例,研究机场安检口优化问题。首先对此机场的安检流程进行了分析,提取重要参数;之后构建具有无限旅客源串联排队系统,得到在各区域的等待时间和总的安检时间,经过比较可以得出整个安检过程的瓶颈是区域B。然后建立一个多目标优化模型,目标是使总安检时间最小,安检时间方差最小,以及增加费用最少。借鉴模拟退火算法的思想,建立一个多目标优化数学模型,从中得到了两个改进措施,即在区域B增加一个服务台以及通过宣传增加预检验乘客的比例,并对这两种方法进行了验证。

Discharge and flow characterizations of the double-side sliding discharge plasma actuator

We investigate the discharge and flow characterizations of a double-side siding discharge plasma actuator driven by different polarities of direct current(DC)voltage.The discharge tests show that sliding discharge and extended discharge are filamentary discharge.The irregular current pulse of sliding discharge fluctuates obviously in the first half cycle,ultimately expands the discharge channel.The instantaneous power and average power consumptions of sliding discharge are larger than those of the extended discharge and dielectric barrier discharge(DBD).The flow characteristics measured by a high-frequency particle-image-velocimetry system together with high-speed schlieren technology show that the opposite jet at the bias DC electrode is induced by sliding discharge,which causes a bulge structure in the discharge channel.The bias DC electrode can deflect the direction of the induced jet,then modifying the properties of the boundary layer.Extended discharge can accelerate the velocity of the starting vortex,improving the horizontal velocity profile by 203%.The momentum growth caused by extended discharge has the largest peak value and the fastest growth rate,compared with sliding discharge and DBD.However,the momentum growth of sliding discharge lasts longer in the whole pulsed cycle,indicating that sliding discharge can also inject more momentum.

发动机短舱三维流动分离纳秒脉冲等离子体激励控制研究

侧风条件下发动机短舱唇口处流动分离具有明显的三维分离特性,相比于二维流动分离,控制难度更大。本文通过实验和数值,探究了纳秒脉冲等离子体激励对短舱三维流动分离的控制效果及作用机理。实验研究表明,纳秒脉冲等离子体激励可有效抑制进气道唇口三维流动分离,降低进气道出口流场畸变程度;数值仿真研究表明,纳秒脉冲等离子体激励通过向流场中注入扰动,可在主流/分离区交界面附近以及分离区内诱导形成小尺度旋涡结构,这些旋涡结构向下游发展会融合成大尺度旋涡结构,增强主流与分离区的流动掺混,达到抑制流动分离的目的,而由于流动分离的三维特性,纳秒脉冲等离子体激励对不同周向位置处流动分离的控制效果存在明显的差异。