NS-SDBD等离子体流动控制研究现状与展望

纳秒脉冲表面介质阻挡放电等离子体在高速、高雷诺数下的流动控制领域具有非常大的潜力。文章对纳秒脉冲等离子体流动控制发展的起源、现状和趋势进行了综述。分别从实验研究和数值模拟两方面进行,主要以气动激励机理探索、现象研究以及流动控制机理为主线进行相关文献的总结归纳。目前,纳秒脉冲等离子体研究的关键科学问题集中在电场激励-气动诱导过程的机理探索与流动控制应用机理研究两方面,研究的难点在于涉及多时间尺度、多物理场耦合。注重解决多时间尺度、多物理场耦合问题的数值模拟算法、实验技术将成为解决上述科学问题的关键突破点。关键科学问题的解决有利于为激励器及控制系统的设计提供优化准则。

飞翼布局纵向气动特性的等离子体激励控制

为提升飞翼布局飞行器的升/阻力、俯仰力矩和失速特性,利用纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体激励对飞翼模型进行控制实验研究,分析激励对全机绕流的控制机理,讨论最佳激励位置。实验在直径1.5 m的低速风洞中进行,风速30 m/s,迎角范围0°～30°。实验结果发现：纳秒脉冲等离子体激励输出纳秒级的脉冲波形,能耗低,其诱导速度几乎为零,快速的瞬时温升产生平面–半球形组合压缩波,该压缩波在20μs内以超音速传播,随后迅速降低至亚音速水平,最终表现为弱的速度扰动;来流速度v∞=30 m/s下,应用纳秒脉冲激励控制飞翼前缘流动分离,全机最大升力系数提高7.5%,失速迎角推迟3°,俯仰力矩系数平均降低11.6%;小迎角下,前缘分离从机翼外侧翼尖部位开始,位于前缘外侧的激励器控制效果明显,随着迎角逐渐增大,分离点位置向机翼上游内侧移动,位于前缘内侧的激励器控制效果明显。实验研究表明纳秒脉冲等离子体激励可有效控制机翼前缘流动分离,提升飞翼布局的全机纵向气动特性及其失速特性。

AC和NS等离子体激励对细长前体分离涡流场的控制

为了在更高的风速下实现圆锥前体分离涡的控制,了解AC-DBD和NS-DBD激励器的激励特性,应用交流(AC)放电和纳秒脉冲(NS)放电等离子体激励对20°顶角的圆锥-圆柱组合体圆锥段前体非对称流场进行主动流动控制实验。实验在低速开口风洞中进行,迎角45°,风速5～22m/s,流动控制方式为等离子激励器关闭、左舷或右舷等离子体激励器开启三种模式。结果表明:风速5m/s时,通过AC-DBD的左、右舷激励可控制圆锥前体的非对称流场实现镜像对称,NS-DBD则无明显作用效果;随着风速的提高,AC-DBD对非对称载荷的控制作用逐渐减小,与此同时NS-DBD的控制作用逐渐增加;风速22m/s时,NS-DBD可实现圆锥前体非对称流场的镜像对称控制,而AC-DBD则无明显作用效果;相对于AC-DBD等离子体激励,NS-DBD对于更高速度下的分离涡流场控制是有效的。

固体发动机凝相燃烧产物研究综述

固体推进剂凝相燃烧产物对固体火箭发动机的性能具有重要影响。研究了固体推进剂凝相燃烧产物的研究进展,主要包括凝相燃烧产物的收集与实验诊断方法、物理化学特性、演化机理与模型、两相流数值模拟、燃烧效率优化方法。同时对现有研究中存在的局限性进行了讨论,并分析了未来的研究趋势。建议在以下几个方向开展系统深入的研究:包括建立更加精细的凝相产物收集系统和更加全面分析方法、构建推进剂配方与凝相燃烧产物特性间的关系、建立更加精准的凝相燃烧产物演化模型、探究燃烧效率优化方法。