合成射流技术及其在流动控制中应用的进展

流动控制是流体技术最主要的研究领域,21世纪的空气动力学将在流动控制领域取得重大突破;合成射流是一种基于旋涡运动的零质量射流,是流动控制领域近10年来最热门活跃的流动主动控制技术.首先介绍了合成射流激励器及激励器的基本类型,并概括了激励器的主要发展方向,即宽频域、高动量、“强壮”的合成射流激励器和微小型激励器.尔后,对合成射流激励器工作原理、合成射流结构以及合成射流独特的流场特征和合成射流技术的特点进行了综述.最后着重对合成射流技术主要和潜在应用,如流动分离及气动力控制、射流矢量控制、增强掺混及加强传热和传质、抑制噪声、微流体控制、飞行控制以及粒子的散布控制、合成射流陀螺仪技术等进行了介绍和综述,同时对其在各应用领域的控制机理进行了归纳总结.

基于前缘合成双射流的飞翼布局纵向气动控制特性研究

为兼顾飞翼布局飞行器的隐身性和气动操控性,提出了一种基于合成双射流的飞翼布局纵向气动控制技术,研究其对小后掠飞翼布局大攻角下的气动操控能力。采用数值模拟方法,分析了前缘阵列式合成双射流与不同攻角飞翼布局流场的相互作用,探究其对飞翼布局纵向气动特性的影响,最后对比了传统合成射流控制,突出了其优势。结果表明:前缘阵列式合成双射流可有效提高大攻角升力、减小阻力,增大升阻比,同时还会使俯仰力矩出现非线性变化,具备大攻角滚转姿态操控能力;合成双射流在前缘形成周期性涡结构,增强了边界层底部低速流体与主流的动量交换,提高了边界层抗逆压梯度的能力;攻角8°~10°时,合成双射流可完全抑制前缘分离,但攻角10°时,在靠近后缘处形成分离区,使升力略有减小;攻角12°时,合成双射流可推迟流动分离,分离线移动至机翼中段;攻角14°~16°时,合成双射流虽然仅可有效抑制靠近展向分离起始位置处的流动分离,但同时也增加了分离区内的流动能量,有效提高升力;攻角18°时,吸力面近乎完全分离,合成双射流虽未能有效抑制分离,但会使前缘吸力峰值回升,仍有增升、减阻的效果;与合成射流相比,合成双射流控制产生的气动变化量更大,更具应用潜力。

等离子体合成射流激励器及其流动控制技术研究进展

等离子体合成射流(PSJ)激励器是通过半封闭容腔内电弧放电的温升及压升作用产生高温高速零质量射流的装置,具有射流速度高、边界层穿透能力强、响应速度快、激励频带宽、无活动部件等优势,是一种应用前景广泛的新型主动流动控制激励器。对等离子体合成射流激励器近些年来的研究进展进行了综述,重点综述了激励器在增大控制能力、提高能量效率、拓展环境适应性等方面所进行的优化设计,介绍了激励器研究中所发展的创新手段,并对激励器的能量效率特性和参数影响规律进行了归纳总结。重点综述了等离子体合成射流激励器在横向主流干扰、分离流控制、激波控制、激波/边界层干扰控制等应用领域的研究进展,深入探讨了等离子体合成射流与横向主流、分离泡、激波等典型流场结构的耦合作用机理,分析了等离子体合成射流主动流动控制存在的动量注入效应、冲击波效应、局部加热效应等复杂作用机制,并对未来的研究方向进行了探讨。