火花放電合成射流工作性能及其在激波控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、對流場進行有效操控具有重要的應(yīng)用價值，新型流動控制技術(shù)的研究對于改善飛行器的氣動性能、提高飛行器的安全性和可操作性具有重要意義。作為一種新興的主動流動控制技術(shù)，火花放電合成射流越來越受到眾多研究人員的關(guān)注。
　　激勵器本身是火花放電合成射流技術(shù)發(fā)展的核心，其設(shè)計水平和工作性能決定了火花放電合成射流技術(shù)的應(yīng)用方向和應(yīng)用效果，而激勵器出口構(gòu)型和環(huán)境壓力是影響激勵器工作性能的兩個重要因素?；鸹ǚ烹姾铣缮淞魅诤狭撕铣缮淞髋c等離子體激勵器兩

2、者的優(yōu)勢，克服了常規(guī)等離子體激勵器誘導氣流速度較低的不足，因而在高速流動控制如激波控制方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
　　本文采用數(shù)值模擬與實驗研究相結(jié)合的方法，對靜止和超聲速條件下火花放電合成射流激勵器的工作特性及其在激波控制方面的應(yīng)用進行了研究。本文的研究內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
　?。?）將火花放電的物理效應(yīng)等效為氣體焦耳加熱的過程，通過在能量方程中引入能量源項，建立了火花放電合成射流唯象仿真模型并進行了靜止空氣中單次

3、能量沉積過程火花放電合成射流的唯象模擬。提出將火花放電合成射流對外界流場的動能和熱能注入分別作為表征射流“沖擊效應(yīng)”和“熱效應(yīng)”的參數(shù)，研究表明在單次放電條件下射流建立的自維持振蕩過程中，射流動能和熱能主要集中于主射流階段且射流的“沖擊效應(yīng)”相比“熱效應(yīng)”衰減更快，在一個大氣壓下激勵器總的能量轉(zhuǎn)化效率約為2.3％。進一步研究了收縮出口結(jié)構(gòu)和環(huán)境壓力對激勵器工作性能的影響。
　?。?）利用唯象模型對火花放電合成射流與超聲速主流相互干

4、擾特性進行了研究，研究表明火花放電式合成射流憑借其較高的射流動能，可以在超聲速流場中產(chǎn)生強烈擾動，使得平板邊界層流動破壞，流動出現(xiàn)分離與再附，流場中產(chǎn)生較強的激波結(jié)構(gòu)。隨著射流的噴出，激勵器上游分離區(qū)和流場中激波呈先增強后減弱的趨勢，激波由弓形激波逐漸弱化為斜激波。并且隨著放電能量的增加射流與主流的動量通量比增大，射流的干擾和控制能力顯著增強。
　?。?）采用實驗方法進行了三電極高能火花放電合成射流控制尖劈斜激波的研究，實驗在來流

5、馬赫數(shù)為2的超聲速靜風洞中進行，采用高速陰影系統(tǒng)對控制流場進行了觀測。研究表明，三電極高能火花放電合成射流對尖劈斜激波的控制效果顯著，可以實現(xiàn)斜激波的減弱和部分消除，射流對斜激波的作用持續(xù)時間約為230μs。
　　（4）針對前文研究中發(fā)現(xiàn)的超聲速條件下激勵器回填速率較慢的問題，開展了一種新型動壓式火花放電合成射流激勵器的數(shù)值仿真研究，并進一步對新型動壓式激勵器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，研究表明新型激勵器相比傳統(tǒng)激勵器腔體回填過程明顯改善，