微型射流涡流器对湍流边界层控制的数值研究

运用数值方法,模拟出展向分布的同向倾斜微型射流列与平板湍流边界层相互作用形成流向涡列的流场结构,验证了利用其来对湍流边界层进行控制的可能性。随射流间距减小,流向涡列控制作用流向渗透能力增强,但作用区域减小;随射流速度提高,流向涡列控制作用增强,但过大的射流速度反而会导致流向涡列在局部区域内控制作用的下降;随射流俯仰角减小、倾斜角增大,流向涡列初始控制作用增强,但过小的俯仰角、过大的倾斜角会导致流向涡列流向控制区域明显缩小。要保证流向涡列具有较强的湍流边界层控制作用,必须通过合理配置射流列各主要参数,在保证各流向涡具有一定强度的同时,还要确保各流向涡在形成时部分嵌入边界层内部。

双肋式微型气动阀的数值计算与实验

针对现有微型三角阀效率低的问题,提出双肋式气动阀这一新型微阀,通过两级带圆弧过渡的收敛形肋条,在减小正向气流压力损失的同时,引导逆向气流分为3股后再呈“Y”形汇聚,产生强烈的相互撞击而抵消部分动能,从而减小逆向流量以提高效率。通过数值计算对双肋式气动阀的作用原理进行了分析与验证;加工了特征尺寸为1 mm的三角阀、梯形阀与双肋阀实验件,并设计了相应的实验方案,在微流体实验平台上进行了对比实验。结果表明双肋阀能大幅提高效率：对不可压流,双肋阀可将效率从普通阀的2%-3%提升至14%左右;对可压流,双肋阀能将效率从2%提升至约13%。

微致动器用于翼面流场主动控制规律研究

面向主动流动控制研发了气泡型微致动器及其阵列技术和MEMS合成射流器技术.对气泡型微致动器参与下的飞行器翼面流场进行了数值模拟,并结合翼型开展了风洞实验,研究了气泡型微致动器对气动性能的影响规律.阐述了微型合成射流器及其微流场特性,研究了合成射流抑制失速、提高升力的机理.结果表明,在翼型上对微致动器进行合理布置,采用适当的控制参数,可以实现对翼面绕流的有益主动控制,达到增加升力、改善失速特性等目的.

压电式微型合成射流器结构参数优化设计

压电式微型合成射流器的结构参数对射流速度有极大影响,然而各结构参数的影响规律及程度无法用单因素考查法来确定。针对这个问题,采用正交分析法结合多域耦合数值模拟,研究了主要结构参数对射流速度的综合影响,对器件结构参数进行了优化。仿真结果表明:在所考查的参数范围内,喷口宽度、腔体宽度、压电片厚度对射流速度的影响较大,但三者的影响程度依次降低;射流速度随喷口宽度、压电片厚度的增大而减小,随腔体宽度的增大而增大;压电片宽度对射流速度影响很小。在此基础上,采用微机电系统(MEMS)加工工艺制作了压电式微型合成射流器,测得器件能承受的最大激励电压为30 V,最大射流速度为10 m/s,最佳工作频率为10 kHz。

一种新型高效率微阀的设计与实验研究

提出三肋式微型气动阀这一可用于流场主动控制领域的新型微阀，通过增大妙正向气流的损失系数比来大幅提高效率。阐述了气动阀的设计原理，对其效率高的原因进行了解释；对三肋式气动阀的流场进行数值模拟以验证设计原理，并对三角阀、气动阀的流量与效率进行计算与分析。结果表明：三肋式气动阀的效率提高到三角阀的4倍。加工了3种微阀实验件，在不可压与可压两种状态下分别进行对比实验。结果表明：在不可压状态下，三角阀的效率为3％-4％，三肋式气动阀为17％-18％；在可压状态下，三角阀的效率接近2％，三肋式气动阀约为16％。