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脉冲等离子体激励控制翼型动态失速风洞试验研究

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气动研究与试验

气动研究与试验 2024年第2期2卷 42-51页

作者：杨鹤森梁华吴云赵光银空军工程大学等离子体动力学重点实验室陕西西安710038 西安交通大学高电压技术教研室陕西西安710049 中国空气动力研究与发展中心旋翼空气动力学重点实验室四川绵阳621000

为探索毫秒脉冲等离子体激励(AC-DBD)和纳秒脉冲等离子体激励(NS-DBD)控制翼型动态失速的效果,本文开展了SC-1095旋翼翼型的动态失速风洞试验研究。首先,基于雷诺数为6.5×105的静态翼型失速特性,设置了动态失速试验的状态。在翼型动态... 详细信息

为探索毫秒脉冲等离子体激励(AC-DBD)和纳秒脉冲等离子体激励(NS-DBD)控制翼型动态失速的效果,本文开展了SC-1095旋翼翼型的动态失速风洞试验研究。首先,基于雷诺数为6.5×105的静态翼型失速特性,设置了动态失速试验的状态。在翼型动态失速试验中,保持来流速度U_(∞)=30m/s、翼型运动规律α(t)=16°+8°sin(ωt)不变,分别在相同激励参数组合和相同功率输入条件下,对比了毫秒脉冲和纳秒脉冲等离子体气动激励控制翼型动态失速的效果。研究发现在试验设置的参数条件下,毫秒脉冲和纳秒脉冲激励均能减小翼型动态升力迟滞回线的面积,减小低头力矩并改善阻力特性;但无论是在相同的激励参数组合下还是在相同功率输入的条件下,纳秒脉冲激励的控制效果均优于毫秒脉冲激励,这体现了纳秒脉冲激励在控制翼型动态失速中的优势。

关键词：翼型动态失速等离子体脉冲激励流动控制风洞试验

纳秒脉冲表面介质阻挡放电激励改善飞翼力矩特性的实验研究

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推进技术 2020年第10期41卷 2390-2400页

作者：唐冰亮梁华魏彪杨鹤森空军工程大学航空工程学院等离子体动力学重点实验室陕西西安710038

针对飞翼布局力矩控制问题,采用纳秒脉冲表面介质阻挡放电(NS-DBD)激励,在来流风速30 m/s时,开展飞翼等离子体流动控制风洞试验,研究了不同激励参数和位置对飞翼升阻特性和力矩特性的影响。结果表明,NS-DBD激励能够有效改善飞翼大迎角... 详细信息

针对飞翼布局力矩控制问题,采用纳秒脉冲表面介质阻挡放电(NS-DBD)激励,在来流风速30 m/s时,开展飞翼等离子体流动控制风洞试验,研究了不同激励参数和位置对飞翼升阻特性和力矩特性的影响。结果表明,NS-DBD激励能够有效改善飞翼大迎角气动特性。激励频率对飞翼升阻特性影响较大,激励频率为0.2 kHz时,增升效果最好,最大升力系数提高14.5%,失速迎角推迟5°。随着激励频率的增加,增升效果逐渐变差,减阻效果变好。单侧施加激励时,能够实现大迎角下飞翼模型的力矩控制,随着激励频率的增加,滚转力矩的控制效果减小,偏航力矩的控制效果增大,俯仰力矩的控制效果减小。根据PIV流场测量结果可知,在单侧施加等离子体激励,可以抑制机翼表面流动分离,使其升力增大,阻力减小,从而诱导产生滚转力矩和偏航力矩。在中翼段和内翼段施加激励,破坏了飞翼的俯仰力矩特性,在外翼段和机翼右侧施加激励,能够显著改善飞翼的俯仰力矩特性。根据PIV流场测量结果可知,在单侧施加等离子体激励后,会减弱外翼的横向流动,并且增加机翼前缘的速度,同时抑制流动分离,从而减小飞翼的抬头力矩。NS-DBD激励为改善飞翼布局稳定性和操纵性提供一种潜在的技术手段。

关键词：飞翼等离子体流动控制升阻特性力矩特性

微秒脉冲等离子体激励控制侧风条件下短舱流动分离实验研究

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推进技术 2020年第7期41卷 1670-1680页

作者：贺启坤梁华张海灯魏彪苏志杨鹤森空军工程大学航空工程学院等离子体动力学重点实验室陕西西安710038

典型短舱进气道在侧风飞行条件下会发生流动分离,产生进气畸变,严重影响发动机性能。将等离子体流动控制技术用于短舱进气道侧风畸变控制,改善进气流场品质。采用纹影系统研究微秒脉冲介质阻挡放电(μs-DBD)等离子体激励器的激励特性,... 详细信息

典型短舱进气道在侧风飞行条件下会发生流动分离,产生进气畸变,严重影响发动机性能。将等离子体流动控制技术用于短舱进气道侧风畸变控制,改善进气流场品质。采用纹影系统研究微秒脉冲介质阻挡放电(μs-DBD)等离子体激励器的激励特性,结果表明,任一脉冲周期的开始时刻激励流场产生半圆形冲击波,微秒脉冲通过对流场进行快速加热,能够产生冲击扰动效应,促进流动掺混。随后,采用总压探针对短舱进气道气动交界面处的总压损失情况进行测量,探究μs-DBD抑制侧风条件下短舱流动分离的规律。结果表明:μs-DBD激励能有效降低侧风条件下进气道分离流场的出口截面总压损失系数,缩小侧风分离区;流动控制效果随激励频率的增大而增强,当激励频率达到一定阈值后,流动分离得到完全控制;保持短舱进气道轴向与来流之间的夹角不变,在相同激励频率下,来流速度增大,流场分离程度减小,流动分离控制效果增强,分离流场得到完全控制所需的激励频率降低;探究不同激励器布局的控制效果,在相同来流参数和激励器参数下,展向布局激励效果优于流向布局激励。为进一步模拟真实发动机的影响,在短舱后部进行抽吸,短舱流通能力得到提升,流动分离减弱,但μs-DBD激励仍能对侧风流动分离进行有效控制,流动控制效果随激励频率的变化规律与无抽吸情况下相同。

关键词：短舱进气道流动分离进气畸变流动控制总压损失

高能电弧等离子体激励控制双压缩拐角激波/边界层干扰实验研究

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推进技术 2022年第10期43卷 208-223页

作者：张传标梁华郭善广杨鹤森刘诗敏张东盛空军工程大学航空工程学院等离子体动力学重点实验室陕西西安710038

超声速/高超声速飞行器进气道入口处多采用多级压缩构型,其诱导的激波/边界层干扰严重影响进气道效率和飞行器的气动性能,因此对双压缩拐角激波/边界层干扰进行流动控制具有较强的应用背景。在来流速度为Ma=2.0的风洞内,针对三种典型的... 详细信息

超声速/高超声速飞行器进气道入口处多采用多级压缩构型,其诱导的激波/边界层干扰严重影响进气道效率和飞行器的气动性能,因此对双压缩拐角激波/边界层干扰进行流动控制具有较强的应用背景。在来流速度为Ma=2.0的风洞内,针对三种典型的双压缩拐角构型,开展了高能流向脉冲电弧放电阵列调控双压缩拐角激波/边界层干扰的实验研究,并对激励流场的高速纹影图像进行了空间梯度阈值处理和均方根处理。结果显示,在激励的作用下两道分离激波的强度均减弱,验证了利用高能流向脉冲电弧放电阵列控制双压缩拐角激波/边界层干扰的可行性。在分析控制效果的基础上,获得了在不同构型拐角的流场中前驱冲击波列和控制气泡的演化规律,结合控制效果的时序特征,最终揭示了高能流向脉冲电弧放电阵列作用于双压缩拐角激波/边界层干扰的前驱控制和接续控制的接力控制机理。

关键词：流动控制阵列式脉冲电弧放电激波/边界层干扰等离子体气动激励

阵列式表面电弧等离子体气动激励控制三角翼流动分离的实验

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推进技术 2020年第4期41卷 802-811页

作者：杨鹤森梁华赵光银谢理科唐冰亮贺启坤空军工程大学航空工程学院等离子体动力学重点实验室陕西西安710038

为探索多路阵列式微秒脉冲表面电弧放电(μs-SAD,Microsecond pulse surface arc discharge)对尖前缘小后掠三角翼流动分离的控制效果和作用机理,首先通过放电测试和纹影测试对多路阵列式μs-SAD的激励特性进行研究,揭示其对流场的作用... 详细信息

为探索多路阵列式微秒脉冲表面电弧放电(μs-SAD,Microsecond pulse surface arc discharge)对尖前缘小后掠三角翼流动分离的控制效果和作用机理,首先通过放电测试和纹影测试对多路阵列式μs-SAD的激励特性进行研究,揭示其对流场的作用原理,进一步将多路阵列式μs-SAD用于三角翼流动控制,开展了小后掠三角翼流动分离控制低速风洞实验,研究了来流速度、激励电压和激励频率等参数对控制效果的影响规律。结果表明:多路阵列式μs-SAD能够快速放热,单路瞬间放电能量可达68mJ,在流场局部可诱导产生冲击波;机翼前缘多路阵列式μs-SAD能有效改善三角翼大迎角气动特性,当来流速度为30m/s时,使最大升力系数提高27.2%,失速迎角推迟4°;来流速度增大到40m/s时,流动控制效果减弱,使最大升力系数提高15.5%;存在最佳激励频率使无量纲频率F^+=1时,控制效果最好;激励电压存在阈值,其随来流速度的增加而增大,当激励电压超过阈值电压继续增大时,流动控制效果不再增强。

关键词：流动分离阵列式表面脉冲电弧三角翼等离子体气动激励

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纳秒脉冲气动激励无人机流动控制风洞试验

空军工程大学学报（自然科学版） 2020年第2期21卷 29-35页

作者：梁华贺启坤魏彪杨鹤森苏志谢理科空军工程大学航空工程学院等离子体动力学重点实验室西安710038

等离子体流动控制作为一种新型的主动流动控制技术,可显著提升飞行器的气动性能。采用纳秒脉冲气动激励进行了某型无人机流动分离控制实验。实验结果表明:纳秒放电和毫秒放电的激励电压几乎相等,但是纳秒放电产生的电流(30A)比毫秒放电... 详细信息

等离子体流动控制作为一种新型的主动流动控制技术,可显著提升飞行器的气动性能。采用纳秒脉冲气动激励进行了某型无人机流动分离控制实验。实验结果表明:纳秒放电和毫秒放电的激励电压几乎相等,但是纳秒放电产生的电流(30A)比毫秒放电电流(0.1A)大得多;纳秒脉冲气动激励在流场中诱导产生近似向上的冲击波,最大诱导速度不超过0.5m/s;纳秒放电的快速温升效应在静止空气中诱导产生冲击波,冲击波的持续时间约为80μs,传播速度约为380m/s;当激励电压大于一定阈值时,纳秒脉冲气动激励使得该型无人机上表面的流动分离得到抑制,临界失速迎角从20°提升至27°,最大升力系数增大11.24%。探究放电频率对流动控制效果的影响规律,结果表明:最佳激励频率是使得施特劳哈尔数为1的频率值;在附面层流动控制方面,纳秒脉冲气动激励较毫秒脉冲气动激励更加有效;纳秒脉冲等离子体流动控制的主要机制是冲击效应,在高速流动控制中,冲击效应比动力效应更加有效。

关键词：纳秒放电等离子体气动激励无人机流动分离

Viper Jet无人机等离子体流动控制飞行验证

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空军工程大学学报（自然科学版） 2019年第6期20卷 15-22页

作者：杨鹤森梁华魏彪贺启坤贾宇豪宋国正空军工程大学等离子体动力学重点实验室

以往的地面风洞实验研究表明等离子体流动控制具有极大的实用价值。为探索等离子体流动控制应用的关键技术,开展了低速无人机等离子体流动控制飞行验证研究。首先,设计了无人机试飞实验系统和试飞方案,据此进行激励特性测试和地面风洞实... 详细信息

以往的地面风洞实验研究表明等离子体流动控制具有极大的实用价值。为探索等离子体流动控制应用的关键技术,开展了低速无人机等离子体流动控制飞行验证研究。首先,设计了无人机试飞实验系统和试飞方案,据此进行激励特性测试和地面风洞实验,测试了毫秒脉冲等离子体激励的放电特性,在风洞中验证了毫秒脉冲等离子体流动控制对Viper Jet无人机失速分离的控制效果。然后,进行了Viper Jet无人机等离子体流动控制飞行验证,结果表明AC-DBD激励能有效减小飞机起飞与降落滑跑距离。

关键词：无人机等离子体流动控制毫秒脉冲流动分离

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翼型动态失速影响因素及流动控制研究进展

航空学报 2020年第8期41卷 119-144页

作者：杨鹤森赵光银梁华王博空军工程大学等离子体动力学重点实验室西安710038 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室绵阳621000 南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室南京210016

深入认识翼型动态失速,结合有效流动控制手段,对解决直升机、风力机桨叶等动态失速引起的高阻力、大低头力矩等气动问题具有重要意义。本文首先介绍了翼型动态失速的流场特点和危害,进而分析了缩减频率、雷诺数、马赫数以及翼型型面等... 详细信息

深入认识翼型动态失速,结合有效流动控制手段,对解决直升机、风力机桨叶等动态失速引起的高阻力、大低头力矩等气动问题具有重要意义。本文首先介绍了翼型动态失速的流场特点和危害,进而分析了缩减频率、雷诺数、马赫数以及翼型型面等参数对动态失速的影响,并在此基础上总结了常见的动态失速流动控制方法及其研究进展。等离子体气动激励易于产生快速、可控的宽频带气动激励,在动态失速控制领域具有潜力,本文着重介绍了等离子体气动激励动态失速控制的概念和流动控制原理,总结了近来年等离子体激励在翼型动态失速控制上的进展。

关键词：动态失速影响因素流动控制翼型等离子体激励

纳秒脉冲等离子体激励控制短舱侧风流动分离实验研究

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空军工程大学学报 2023年第2期24卷 42-50页

作者：张东盛梁华方雨霖杨鹤森苏志张传标刘诗敏空军工程大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室西安710038

短舱进气道在侧风工作状态下会发生流动分离,导致发动机进气畸变,甚至造成发动机喘振。等离子体流动控制技术在改善流场特性领域具有自身独特的发展优势,其主要难点在于等离子体激励能否与流场产生有效耦合作用实现流动控制目标,而高压... 详细信息

短舱进气道在侧风工作状态下会发生流动分离,导致发动机进气畸变,甚至造成发动机喘振。等离子体流动控制技术在改善流场特性领域具有自身独特的发展优势,其主要难点在于等离子体激励能否与流场产生有效耦合作用实现流动控制目标,而高压脉冲等离子体技术以其功耗相对较低、对流场持续产生扰动等优势,在控制翼型/机翼流动分离中已取得显著成果,在短舱流动分离控制中存在巨大的潜力。首先探究了侧风影响下短舱进气道的基准气动规律,定量分析总压畸变程度,从而确定了等离子体激励工况,然后采用120°周向激励布局,在不同激励频率电压条件下,进行纳秒介质阻挡放电(NS-DBD)的流动控制效果验证和激励参数影响规律研究。结果表明:施加NS-DBD激励,总压损失系数降低,流动分离范围减小,总压畸变基本消失;随着激励频率的提升,总压畸变程度呈现先减小后增加的趋势;在激励过程中存在一个固有最佳耦合频率,在最佳耦合频率下,总压畸变改善效果最佳;在来流速度为25 m/s,来流偏角为10°的条件下,施加NS-DBD激励,使得平均总压损失系数减小了26.09%,畸变指数减小了31.48%;激励电压阈值上限为10 kV,阈值下限为8 kV;而通过改变激励电压,以改变激励能量的注入,对分离流场改善效果的提升不明显,因此,在实现分离流场控制的同时应尽可能降低激励电压至电压阈值下限,有助于降低能耗、提升寿命,促进等离子体流动控制技术的推广应用。

关键词：短舱进气道流动分离流动控制 NS-DBD