等离子体提高平流层螺旋桨气动性能的数值分析

基于介质阻挡放电等离子体的体积力气动激励机理,仿真研究了等离子体增升减阻技术对沿螺旋桨桨径方向均匀分布的10个叶素气动特性的改善效果。采用叶素理论,对比分析了等离子体对螺旋桨整体气动性能的提高效果。主要结论有:桨尖和桨叶根部的叶素容易发生气动分离现象,其中根部叶素处于负攻角的工况中;采用介质阻挡放电等离子体流动控制技术可以完全抑制流动分离不太严重的桨叶中部区域的叶素气动分离,对桨尖处翼型的严重气动分离不能完全抑制但也有改善作用,但对处于负攻角工况的叶素作用不大;等离子体增升减阻技术确实可以提高螺旋桨的气动性能,对本文所研究的情况,螺旋桨的拉力和效率分别提高了28.27%和12.3%。

平流层螺旋桨等离子体流动控制地面实验方法

根据螺旋桨雷诺相似准则和等离子体射流相似准则,提出了一种基于螺旋桨叶素理论,利用地面实验设备开展平流层螺旋桨等离子体流动控制研究的实验方法。首先根据螺旋桨几何参数和运动参数计算叶素微段来流速度和迎角,然后根据螺旋桨雷诺相似准则确定常压翼型风洞模拟平流层叶素流动的吹风参数,最后根据等离子体射流雷诺相似准则,确定激励器和激励电源参数模拟平流层等离子体射流并评估其流动控制效果。利用该方法研究了20km高度S1223翼型螺旋桨的等离子体流动控制效果,实验表明：飞艇以5~20m/s的速度前进时,SDBD激励电压峰-峰值13.6kV,频率10kHz时,诱导的等离子体射流使螺旋桨300r/min时推力最大可提高10.9%,600r/min时推力反而减小了0.52%~1.7%。

等离子体改善平流层螺旋桨气动性能仿真

提出采用介质阻挡放电等离子体提高平流层螺旋桨气动性能的新思路,通过求解三维非定常可压缩N-S方程,考虑介质阻挡放电等离子体体积力模型,仿真研究了这种方法的可行性。研究发现,所研究的螺旋桨工况,对于普通螺旋桨,随着转速的增大,拉力先增大后减小、扭矩和效率逐渐减小;采用等离子体流动控制时,螺旋桨的气动性能得到改善,拉力系数和效率随转速的增大逐渐减小。当螺旋桨前进速度不变,转速逐渐增大时,等离子体对叶素表面流动分离现象的控制效果逐渐减弱,螺旋桨拉力、效率等性能参数的改善效果逐渐减小。