介质阻挡放电等离子体对机翼的流动控制研究

发布时间：2017-08-08 23:05

  本文关键词：介质阻挡放电等离子体对机翼的流动控制研究

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【摘要】：在飞行器上应用流动控制可有效改善飞行器的受力状态,减少阻力、增加升力、增大升阻比,从而改善飞行器的气动性能。介质阻挡等离子体流动控制技术作为一种新型的主动控制技术,通过控制飞行器表面边界层的分离,能有效地提高飞机器的升阻比和失速迎角。本文通过结合CFD和试验手段,研究了介质阻挡等离子体对机翼流场的影响,总结了等离子体激励对机翼的作用规律,探索了等离子体控制边界层分离的作用机理。全文主要内容如下:根据研究问题需要建立了介质阻挡等放电离子体流动控制技术的数值模拟方法;确立了测力试验、PIV试验和连续片光试验的试验方法和试验方案。以NACA23018翼型和某运输机后掠多段翼为研究对象,通过在机翼表面不同位置布置介质阻挡等离子体激励器,研究了激励器位置、激励电压、激励频率、来流速度、电极间距、电极长度、激励器型式等参数对控制效果的影响;对比了多个激励器作用和单个激励器作用控制效果的差异,探讨了多个激励器耦合作用规律。研究发现:在流动分离点附近施加激励控制效果最好;随着激励电压和激励频率增加,控制效果逐渐增强;随来流风速增加控制效果逐渐减弱;与单个激励器相比,多个激励器耦合作用优势明显,能达到“1+12”的效果。为捕捉等离子激励与流场耦合作用变化的全过程,通过连续片光技术研究发现,施加控制后,电极上方会产生一股稳定的射流,该诱导射流与边界层内气流相互作用,加强边界层内外掺混,增加边界层抵抗分离的能力,从而使翼型上表面的分离区减小,达到了增升减阻的目的。应用PIV流动测量技术,记录了等离子作用后多段翼绕流的变化过程,揭示了介质阻挡等离子体改变边界层分离的作用机理,为介质阻挡等离子体流动控制在高升力复杂构型上的应用提供了参考。最后,归纳了介质阻挡放电等离子体流动控制中激励参数的控制规律,总结了介质阻挡放电等离子体对机翼进行控制的作用机理。本文以介质阻挡放电等离子体为控制手段,研究了该技术对机翼的控制规律和作用机理。通过对激励参数进行优化,总结了一套有效的控制方法,研究为复杂构型的流动控制提供了一定参考。所采用的介质阻挡放电流动控制方法可以为高升力构型的增升、减阻提供了新的思路。
【关键词】：介质阻挡 等离子体 流动控制 高升力构型 PIV
【学位授予单位】：中国空气动力研究与发展中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-19
• §1.1 研究背景及意义9
• §1.2 国内外研究现状及发展趋势9-16
• §1.2.1 国外研究现状9-15
• §1.2.2 国内研究现状15-16
• §1.2.3 发展趋势16
• §1.3 本文的研究内容16-19
• 第二章 介质阻挡放电等离子体流动控制方法19-35
• §2.1 等离子体激励器19
• §2.2 数值模拟方法19-26
• §2.2.1 物理模型19-23
• §2.2.2 算例验证23-26
• §2.3 测力试验方法26-30
• §2.3.1 试验设备26-29
• §2.3.2 试验方案29
• §2.3.3 试验条件和方法29-30
• §2.4 PIV试验方法30-33
• §2.4.1 PIV原理30-31
• §2.4.2 PIV测速系统31
• §2.4.3 试验装置31-32
• §2.4.4 试验方法32-33
• §2.5 连续片光试验方法33-34
• §2.6 本章小结34-35
• 第三章 介质阻挡等离子体提高平直两段翼气动性能的流动控制研究35-55
• §3.1 等离子体与气流耦合作用机制35-37
• §3.2 两段翼型的流动控制数值模拟研究37-48
• §3.2.1 基本设置37-38
• §3.2.2 未施加等离子体控制38-39
• §3.2.3 激励位置对控制效果的影响39-42
• §3.2.4 来流速度对控制效果的影响42-43
• §3.2.5 激励电压对控制效果的影响43-45
• §3.2.6 串联激励器对控制效果的影响45-48
• §3.3 两段翼型的流动控制试验研究48-54
• §3.3.1 模型48-49
• §3.3.2 激励位置对控制效果的影响49-50
• §3.3.3 来流速度对控制效果的影响50-52
• §3.3.4 丝线流态显示试验52
• §3.3.5 PIV试验结果52-53
• §3.3.6 本节小结53-54
• §3.4 本章小结54-55
• 第四章 介质阻挡等离子体提高大展弦比后掠翼气动性能的流动控制研究55-71
• §4.1 电极沿展向布置对巡航构型控制效果的影响55-61
• §4.1.1 激励参数对控制效果的影响55-61
• §4.2 电极沿弦向布置对巡航构型控制效果的影响61-65
• §4.2.1 电极沿弦向布置的作用机理61-63
• §4.2.2 激励参数对控制效果的影响63-65
• §4.3 介质阻挡放电等离子体对起飞构型的影响65-70
• §4.3.1 测力试验研究66-68
• §4.3.2 PIV试验研究68-70
• §4.4 本章小结70-71
• 结束语71-73
• 论文主要研究成果71-72
• 今后工作展望72-73
• 致谢73-75
• 个人简历75-77
• 参考文献77-80

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本文编号：642403