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基于压力反馈的等离子体主动流动控制试验

航空动力学报 2024年第3期39卷 69-76页

作者：牛中国刘捷胡秋琦梁华中国航空工业空气动力研究院低速高雷诺数航空重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(深圳)实践与创新实践教育中心广东深圳518000 空军工程大学航空航天工程学院西安710038

基于翼面压力分布与流动分离的对应关系,提出了一种用于等离子体激励抑制翼面流动分离的反馈控制方法,该方法通过模型表面特征点的压力判断流动分离情况,根据判断结果自动施加或取消等离子体控制。在NACA0015翼型和飞翼布局模型上分别... 详细信息

基于翼面压力分布与流动分离的对应关系,提出了一种用于等离子体激励抑制翼面流动分离的反馈控制方法,该方法通过模型表面特征点的压力判断流动分离情况,根据判断结果自动施加或取消等离子体控制。在NACA0015翼型和飞翼布局模型上分别对该方法进行了风洞试验验证,试验表明:基于压力反馈的等离子体流动控制方法能够实现对翼面流动分离的主动控制,通过控制能够改善模型的失速特性;在飞翼布局模型上,等离子体压力反馈控制与开环控制的效果基本一致,在来流风速为30 m/s时反馈控制与开环控制均能使模型的最大升力系数提高27%以上、失速迎角推迟4°。

关键词：流动控制等离子体流动分离反馈控制风洞试验

基于微秒脉冲激励的飞翼模型等离子体流动控制试验研究

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工程力学 2023年第2期40卷 247-256页

作者：牛中国梁华蒋甲利中国航空工业空气动力研究院低速高雷诺数航空重点实验室哈尔滨150001 空军工程大学航空航天工程学院西安710038

为了改善飞翼布局的大迎角气动特性,采用飞翼全模和半模分别在低速和跨声速风洞中开展了微秒脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制的试验研究。通过流动显示和测力的试验方法研究了等离子体流动控制的主要作用机制和激励频率与激励电压等... 详细信息

为了改善飞翼布局的大迎角气动特性,采用飞翼全模和半模分别在低速和跨声速风洞中开展了微秒脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制的试验研究。通过流动显示和测力的试验方法研究了等离子体流动控制的主要作用机制和激励频率与激励电压等对飞翼模型失速特性的影响规律,验证了微秒脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制技术从低速到亚声速的有效性,有效的试验最高马赫数Ma达到0.6、雷诺数Re达到3.05×10^(6)。试验研究表明:微秒脉冲介质阻挡放电等离子体通过非定常微尺度压缩波扰动的形式作用于翼面流场,通过频率耦合机制减弱模型的前缘分离涡、抑制翼面的流动分离;无量纲频率F^(+)是影响等离子体流动控制效果的重要参数;在低速风洞试验风速V=30 m/s时,无量纲频率F^(+)=0.35~1.06的控制效果较好,可将模型的最大升力系数提高25%以上、失速迎角推迟4°;在跨声速风洞试验马赫数Ma=0.6时,无量纲频率F^(+)=0.22和F^(+)=0.44的控制效果较好,可将模型的最大升力系数分别提高4.72%、4.77%,失速迎角分别推迟2°、1°;激励电压越高激励强度越大、等离子体流动控制效果越好。

关键词：流体力学流动控制风洞试验流动分离等离子体飞翼

新型等离子体主动流动控制器及其诱导流场研究

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空气动力学学报 2012年第3期30卷 312-317,327页

作者：林麒黄印阳潘波牛中国福建省等离子体与磁共振重点实验室厦门大学航空系福建厦门361005 厦门航空有限公司福建厦门361006 中国科学院工程热物理研究所北京110190 中国科学院研究生院北京100190 中国航空工业空气动力研究院黑龙江哈尔滨150001

利用空气中阻挡介质沿面放电等离子体诱导定向气流的特性,创造性地设计多种可用于流动控制的等离子体主动流动控制器;有目的地布置电极,主动组织等离子体诱导的定向气流,形成所需的气体流动结构;对其进行流动显示试验,并采用PIV技术对... 详细信息

利用空气中阻挡介质沿面放电等离子体诱导定向气流的特性,创造性地设计多种可用于流动控制的等离子体主动流动控制器;有目的地布置电极,主动组织等离子体诱导的定向气流,形成所需的气体流动结构;对其进行流动显示试验,并采用PIV技术对各新型等离子体流动控制器所形成的流场进行测量。研究结果表明,合理地设计等离子体流动控制器,可以得到所需的流动结构,用于流动控制。本文的研究成果为主动流动控制提供了一类新型的无源流动控制器。

关键词：等离子体诱导气流流场测量主动流动控制

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三角翼DBD等离子体流动控制研究进展

航空学报 2019年第3期40卷 33-47页

作者：牛中国赵光银梁华柳平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 重庆交通大学航空学院重庆400074

现代战机采用较多的三角翼,在大迎角绕流时存在前缘涡破裂等气动问题。作为新型主动流动控制技术,等离子体激励频带宽、响应快、结构简单、便于闭环控制,在解决三角翼气动问题上具有潜力。回顾了介质阻挡放电(DBD)等离子体气动激励的基... 详细信息

现代战机采用较多的三角翼,在大迎角绕流时存在前缘涡破裂等气动问题。作为新型主动流动控制技术,等离子体激励频带宽、响应快、结构简单、便于闭环控制,在解决三角翼气动问题上具有潜力。回顾了介质阻挡放电(DBD)等离子体气动激励的基本原理,及其用于三角翼前缘涡控制的研究进展。从来流条件、几何构型、激励参数等方面分析了DBD等离子体激励对流动控制效果的影响规律;结合不同激励频率下流场演化特性,分析了流动控制机理。最后,从理论研究和工程应用的角度,对三角翼前缘涡控制的发展进行总结展望。

关键词：等离子体激励介质阻挡放电流动控制三角翼前缘涡

NS-DBD激励控制非细长三角翼前缘涡仿真研究

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航空动力学报 2019年第2期34卷 423-433页

作者：赵光银梁华牛中国王学德空军工程大学航空工程学院航空等离子体动力学实验室西安710038 中国航空工业集团有限公司空气动力研究院哈尔滨150001

通过在三角翼前缘施加纳秒脉冲介质阻挡放电(NS-DBD)激励唯象学模型,进行了47°后掠角钝前缘三角翼流动控制的仿真。分析了不同迎角下升力和阻力系数的变化、流场结构的变化、以及激励诱导旋涡的演化过程。研究表明:施加无量纲激励频率F... 详细信息

通过在三角翼前缘施加纳秒脉冲介质阻挡放电(NS-DBD)激励唯象学模型,进行了47°后掠角钝前缘三角翼流动控制的仿真。分析了不同迎角下升力和阻力系数的变化、流场结构的变化、以及激励诱导旋涡的演化过程。研究表明:施加无量纲激励频率F+=1.44的NS-DBD激励后,可明显提高三角翼失速前后的升力系数;同时阻力系数也有所增加,变化趋势与实验结果一致。激励在前缘分离剪切层处诱导产生流向涡,改变了前缘剪切层结构,使其向内卷吸;激励后时均流场形成了明显的负压峰值,前缘涡附着线外移,吸力面回流区减小。

关键词：等离子体前缘涡三角翼流动控制纳秒脉冲介质阻挡放电

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三角翼微秒脉冲等离子体流动控制的试验研究

高电压技术 2016年第3期42卷 782-789页

作者：魏彪梁华牛中国马杰王大博李应红空军工程大学等离子体重点实验室中国航空工业气动研究院中国人民解放军95926部队

为改善三角翼在大迎角下的气动特性,进行了微秒脉冲表面介质阻挡放电(SDBD)激励在静止空气中的纹影试验、不同迎角下的PIV测速试验以及不同试验参数下的测力试验。试验结果表明:微秒脉冲SDBD可产生快速温升,快速温升在流场局部诱导产生... 详细信息

为改善三角翼在大迎角下的气动特性,进行了微秒脉冲表面介质阻挡放电(SDBD)激励在静止空气中的纹影试验、不同迎角下的PIV测速试验以及不同试验参数下的测力试验。试验结果表明:微秒脉冲SDBD可产生快速温升,快速温升在流场局部诱导产生压缩波;微秒脉冲SDBD激励可有效地控制低速三角翼大迎角下的流动分离,且随迎角增大,流动控制效果逐渐减弱直到消失;存在最佳激励频率,此时流动控制效果最好,当来流风速30 m/s时,最佳激励频率为80 Hz,无量纲频率为1,可将三角翼最大升力系数提高4.3%,失速迎角推迟2°;在同一迎角下,来流速度45 m/s时,流动控制效果较30 m/s时有所降低。

关键词：微秒脉冲介质阻挡放电三角翼失速流动分离流动控制

基于等离子体合成射流的飞翼布局模型主动流动控制风洞实验研究

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实验流体力学 2019年第4期33卷 81-88页

作者：孙健牛中国刘汝兵林麒航空工业空气动力研究院哈尔滨150001 厦门大学航空航天学院福建厦门361102 福建省等离子体与磁共振研究重点实验室福建厦门361102

为探究等离子体合成射流对三维模型的流动控制效果和机理,在中等展弦比飞翼布局模型前缘布置等离子体合成射流激励器开展低速风洞实验研究。通过六分量天平测力,考察沿弦向、展向不同分布位置的等离子体合成射流对飞翼模型气动力和气动... 详细信息

为探究等离子体合成射流对三维模型的流动控制效果和机理,在中等展弦比飞翼布局模型前缘布置等离子体合成射流激励器开展低速风洞实验研究。通过六分量天平测力,考察沿弦向、展向不同分布位置的等离子体合成射流对飞翼模型气动力和气动力矩的作用;采用PIV(Particle Image Velocimetry,粒子图像测速)测量模型表面流场分布,研究等离子体合成射流流动控制机理。结果表明:在飞翼模型单侧布置等离子体合成射流,能够有效改善其气动特性,并能产生附加的滚转力矩,滚转力矩系数变化量最高达到0.009;在飞翼模型左右弦布置等离子体合成射流,能显著增强飞翼模型横向稳定性,滚转力矩系数波动范围减小66.7%。沿弦向,等离子体合成射流位置离前缘越近,控制效果越好,距前缘0mm的激励器控制效果最好;沿展向,布置的等离子体合成射流越多,对模型的升力特性改善作用越明显,布置方式以均布为优。在失速迎角前后,等离子体合成射流的流动控制机理不同:在小迎角下,等离子体合成射流在前缘起到了使转捩提前的作用;在失速迎角附近,则加速了分离区的流动、减小了分离区厚度。

关键词：主动流动控制飞翼布局等离子体合成射流风洞实验 PIV

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飞翼模型纵向气动特性等离子体流动控制试验

物理学报 2022年第2期71卷 167-178页

作者：牛中国许相辉王建锋蒋甲利梁华中国航空工业空气动力研究院低速高雷诺数航空重点实验室哈尔滨150001 空军工程大学航空航天工程学院西安710038

为了改善大展弦比飞翼模型纵向操纵性和稳定性,在低速风洞中开展了等离子体流动控制技术的试验研究.采用粒子图像测速技术获取了等离子体对翼面流场的影响.采用静态测力技术获取了等离子体对模型气动力和升降舵舵效的影响.采用虚拟飞行... 详细信息

为了改善大展弦比飞翼模型纵向操纵性和稳定性,在低速风洞中开展了等离子体流动控制技术的试验研究.采用粒子图像测速技术获取了等离子体对翼面流场的影响.采用静态测力技术获取了等离子体对模型气动力和升降舵舵效的影响.采用虚拟飞行试验技术获取了等离子体对俯仰角和俯仰角速度时间历程的影响.通过对粒子图像测速和测力试验结果的分析表明,等离子体能够抑制翼面流动分离,阻止气动中心前移,改善模型的大迎角纵向气动特性.通过分析不同舵偏角的测力数据,来流风速V=50 m/s时等离子体能够改善飞翼模型大迎角的升降舵舵效,在不同舵偏角时均使模型的最大升力系数提高约0.1、失速迎角推迟4°以上.通过分析虚拟飞行试验结果,等离子体能够将模型的临界俯仰角提高3.6°,能够改善飞翼模型的纵向飞行稳定性和操纵性.

关键词：等离子体流动控制飞翼风洞试验

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基于DUGKS的槽道湍流大涡模拟研究

力学学报 2024年第12期56卷 3394-3408页

作者：郭琳沈杰彭程郭照立王连平牛中国南方科技大学力学与航空航天工程系广东深圳518055 山东大学机械工程学院山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250100 华中科技大学能源与动力工程学院华中科技大学数学与应用学科交叉创新研究院武汉430074 南方科技大学复杂流动及软物质研究中心广东省湍流基础研究与应用重点实验室广东深圳518055 中国航空工业空气动力研究院低速高雷诺数航空重点实验室哈尔滨150001

基于介观数值模拟方法的大涡模拟(large eddy simulation,LES)是研究湍流的重要手段之一.离散统一气体动理学方法(discrete unified gas kinetic scheme,DUGKS)是一种相对较新的介观方法,其作为湍流大涡模拟工具的研究还处于起步阶段.... 详细信息

基于介观数值模拟方法的大涡模拟(large eddy simulation,LES)是研究湍流的重要手段之一.离散统一气体动理学方法(discrete unified gas kinetic scheme,DUGKS)是一种相对较新的介观方法,其作为湍流大涡模拟工具的研究还处于起步阶段.文章通过耦合标准离壁Smagorinsky亚格子应力模型和Musker壁面模型,实现了DUGKS-LES介观大涡模拟方法.推导了在DUGKS中实现大涡模拟所需的有效总应力和修正分布函数非平衡态的关系式;通过壁面函数逆求解壁面剪切应力时,设计了可以保证收敛性的快速牛顿迭代法,并利用逆问题的近似解进一步提高了迭代效率.最后,分别对摩擦雷诺数为180,395和950的槽道湍流进行大涡模拟,并与相关文献中介观大涡模拟方法的结果进行了比较.结果表明,DUGKS-LES方法在准确性上具有优势,以谱方法模拟结果为基准,流向速度、雷诺应力和脉动速度等湍流统计量的均方误差均可以控制在11%以内.在DUGKS框架下,与文献中利用自适应亚格子应力模型相比,文章结合Musker壁面模型的处理方法,可以得到更精确的流向速度和雷诺切应力.

关键词：离散统一气体动理学方法大涡模拟壁面模型槽道湍流

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