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高速压气机等离子体流动控制仿真研究

推进技术 2017年第9期38卷 1995-2004页

作者：聂永正吴云田思濛吴阳阳马彩东李应红空军工程大学等离子体动力学重点实验室陕西西安710038 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

为了研究等离子体流动控制扩大压气机稳定性的流动机理,采用数值模拟方法研究了三种轴向等离子体激励方式对转速15200r/min,叶尖速度350m/s的高速压气机的扩稳特性。结果表明,对于轴向布置的三组等离子体激励器,其安装位置对单转子轴流... 详细信息

为了研究等离子体流动控制扩大压气机稳定性的流动机理,采用数值模拟方法研究了三种轴向等离子体激励方式对转速15200r/min,叶尖速度350m/s的高速压气机的扩稳特性。结果表明,对于轴向布置的三组等离子体激励器,其安装位置对单转子轴流压气机扩稳效果具有重要的影响,当第二组激励器位于叶尖前缘时扩稳效果最好。通过分析可知,等离子体气动激励能够显著改善叶顶负荷分布,抑制动量比的增加,改善泄漏涡的位置与形态,抑制泄漏涡向前缘的摆动,减小叶顶阻塞区域,最终扩大了高速轴流压气机的稳定工作范围。

关键词：等离子体流动控制高速压气机流动分离数值模拟

基于等离子体流动控制的方背式汽车模型减阻研究

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汽车工程 2020年第6期42卷 753-758,770页

作者：王靖宇耿亚林惠政胡兴军李天鸿刘子诚李久超吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

通过风洞试验,开展了关于表面介质阻挡放电(SDBD)等离子体激励器对方背Ahmed模型尾部分离流动的控制效果的研究。通过PIV速度测量,揭示了静态环境下激励器诱导离子风的气动特性,然后通过模型表面压力和尾部流场的变化,分析了在激励电压... 详细信息

通过风洞试验,开展了关于表面介质阻挡放电(SDBD)等离子体激励器对方背Ahmed模型尾部分离流动的控制效果的研究。通过PIV速度测量,揭示了静态环境下激励器诱导离子风的气动特性,然后通过模型表面压力和尾部流场的变化,分析了在激励电压下模型的减阻率,并阐述了其减阻机理:等离子体激励器可有效控制尾部流动,提高模型尾部压力,从而达到减阻的目的。试验结果表明,随着风速提高,激励器控制效果减弱,在17 kV的峰值电压下,激励器可获得最大诱导速度;因此,在10 m/s的风速和17 kV的峰值电压下减阻效果最佳,主动减阻率为-4.58%,总减阻率达-9.02%。

关键词：汽车空气动力学主动减阻表面介质阻挡放电等离子体流动控制风洞试验

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微秒脉冲等离子体流动控制延迟效应研究

推进技术 2019年第10期40卷 2216-2225页

作者：谢理科梁华李军苏志魏彪陈杰田苗空军工程大学等离子体动力学重点实验室

等离子体流动控制(PFC)能有效抑制翼型附面层分离,增加升力,推迟失速,应用前景广阔。流场的延迟效应是指采用PFC进行流动控制时,激励关闭后,流动控制效果仍存在的现象。本文对新型微秒脉冲介质阻挡放电(μs-DBD)的体积力和冲击波特性进... 详细信息

等离子体流动控制(PFC)能有效抑制翼型附面层分离,增加升力,推迟失速,应用前景广阔。流场的延迟效应是指采用PFC进行流动控制时,激励关闭后,流动控制效果仍存在的现象。本文对新型微秒脉冲介质阻挡放电(μs-DBD)的体积力和冲击波特性进行测试,并在此基础上开展风洞实验,进行流场的延迟效应研究,测试μs-DBD的延迟时间和参数影响规律。结果表明,μs-DBD能同时产生体积力和冲击波作用,同时也能在流场中产生明显的延迟效应,延迟时间不小于1200s,远大于毫秒脉冲介质阻挡放电(AC-DBD)产生的延迟时间(150s);激励电压和来流速度越大,翼型迎角越小,延迟效应越强;等离子体激励能使流场失稳分岔,并转变为更优的分岔解;延迟效应研究在节约能耗、延长激励器寿命、PFC控制律设计和风洞实验方法优化等方面有重要意义。

关键词：等离子体流动控制延迟效应流动分离微秒脉冲

高负荷压气机叶栅分离结构及其等离子体流动控制

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航空学报 2012年第2期33卷 208-219页

作者：赵小虎吴云李应红赵勤空军工程大学等离子体动力学重点实验室陕西西安710038

为揭示高负荷压气机叶栅内部流动损失的产生机理和分布规律以及等离子体气动激励的作用机制,利用拓扑分析和数值计算方法,从计算模型的建立与验证、基准流场的分离结构和等离子体流动控制3个方面展开研究;对总压损失系数分布、拓扑结构... 详细信息

为揭示高负荷压气机叶栅内部流动损失的产生机理和分布规律以及等离子体气动激励的作用机制,利用拓扑分析和数值计算方法,从计算模型的建立与验证、基准流场的分离结构和等离子体流动控制3个方面展开研究;对总压损失系数分布、拓扑结构和表面流谱与空间流线分布以及旋涡结构进行分析,并开展了激励方式的优化分析。结果表明:随着攻角的增大,固壁面拓扑结构增加了3对奇点,吸力面流向激励改变了固壁面拓扑结构。当攻角为2°时,在吸力面拓扑结构中产生了一对奇点,打断了角区分离线,并引入了一条回流再附线。叶栅流道内部有5个主要涡系,尾缘径向对涡促进流体的展向流动,并成为吸力面倒流的主要组成部分;角涡是一个独立的涡系,其强度和尺度不受等离子体气动激励的影响。吸力面流向激励可以改善叶中流场,但对角区流动作用很小;端壁横向激励可以降低角区流动损失,对叶中流场作用有限;吸力面流向与端壁横向组合激励在整个叶高范围内均可以显著抑制流动分离;端壁横向流动对角区流动分离结构的影响大于吸力面附面层的分离。吸力面流向激励的优化明显降低,而端壁横向激励和组合激励的优化保持并增强了等离子体流动的控制效果。

关键词：叶栅等离子体流动控制拓扑优化旋涡奇点

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轴流压气机等离子体流动控制

工程热物理学报 2017年第7期38卷 1396-1414页

作者：吴云张海灯于贤君李应红空军工程大学航空航天工程学院西安710038 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

作者在国际上较早开展了轴流压气机等离子体流动控制研究工作,经过近十年的研究积累,对轴流压气机等离子体流动控制建立了较为深刻的认识。本文首先简要展示了轴流压气机等离子体流动控制的部分研究进展:以压气机叶栅为研究对象,分析了... 详细信息

作者在国际上较早开展了轴流压气机等离子体流动控制研究工作,经过近十年的研究积累,对轴流压气机等离子体流动控制建立了较为深刻的认识。本文首先简要展示了轴流压气机等离子体流动控制的部分研究进展:以压气机叶栅为研究对象,分析了等离子体激励对叶顶泄漏流抑制的规律和机制;通过数值仿真和实验,研究了等离子体激励对高负荷轴流压气机失速的流动控制规律和机制;以高速压气机叶栅为研究对象,探索了吸力面和端壁等离子体激励对高速压气机三维角区分离的流动控制规律;然后介绍了等离子体激励式压气机的概念;最后给出了对未来研究工作的展望。

关键词：轴流压气机等离子体流动控制泄漏流失速三维角区分离等离子体激励式压气机

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等离子体流动控制及其在压气机中的应用研究

等离子体流动控制及其在压气机中的应用研究

作者：杨凌元中国科学院研究生院（工程热物理研究所）

学位级别：硕士

随着航空发动机各项性能指标的日益提高,作为核心部件之一的压气机也向着高压比、高效率及宽稳定工作范围的方向发展。近年来,随着对压气机叶顶间隙泄漏流动的深入认识,研究者认为合理组织叶顶间隙泄漏流动对于拓宽压气机的稳定工作范围... 详细信息

随着航空发动机各项性能指标的日益提高,作为核心部件之一的压气机也向着高压比、高效率及宽稳定工作范围的方向发展。近年来,随着对压气机叶顶间隙泄漏流动的深入认识,研究者认为合理组织叶顶间隙泄漏流动对于拓宽压气机的稳定工作范围,提高航空发动机的性能和可靠性都具有十分重要的意义。传统的流动控制手段,如机匣处理、微喷气等,虽然对合理控制泄漏流动有着明显的作用,但都会带来附加的损失,而且给加工带来难度,等离子体流动控制采用等离子体激励器,该控制方法结构简单、响应迅速且激励频带宽,目前已经成为内流主动流动控制技术领域的新热点。本文利用介质阻挡放电产生的等离子体激励,抑制叶顶间隙泄漏流动的发展,推迟压气机失速的发生,以达到提高压升的前提下扩大压气机稳定工作范围的目的。首先,本文基于文献[23]和文献[31]推导了两种表征气流场中等离子体激励作用的简化模型,结合商业软件Fluent,建立了等离子体激励作用于气体流场的数值计算方法,分析了等离子体激励对平板附面层及压气机叶顶间隙泄漏流动的影响;其次,本文设计并完善了等离子体激励器处理机匣,借助低速轴流压气机试验台,实验研究了等离子体激励器中激励电源的定常与非定常、激励器的敷设方式及位置、激励电压及激励频率等关键参数在不同转速下对压气机稳定工作范围的影响。主要结论如下： 1.等离子体流动控制对平板附面层的作用效果随着激励电压幅值、激励频率、最大电荷密度的增大而显著增强;并且发现等离子体的诱导作用是产生由裸露电极指向掩埋电极的射流,最大诱导速度出现在裸露电极尾缘处,这为后续进行的等离子体激励在压气机扩稳上的应用提供了敷设位置的有效参考;2.对等离子体流动控制压气机叶顶间隙泄漏流动的数值模拟发现,等离子体激励的加入为叶顶通道注入了能量,缓解了叶顶区域的堵塞;同时在维持扩稳效果一定的情况下,不同的压气机转速则对应着不同的等离子体激励电压;3.将等离子体激励器敷设于压气机机匣内壁上,压气机失速裕度增大,压升系数提高,并且这种扩稳效果随等离子体激励参数的不同而发生变化,另外压气机转速的改变对等离子体流动控制的扩稳效果也有着显著的影响。

关键词：等离子体流动控制介质阻挡放电低速轴流压气机流动失稳失速裕度叶顶泄漏流简化模型

Viper Jet无人机等离子体流动控制飞行验证

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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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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等离子体流动控制在乘波体前体设计中的应用

飞机设计 2012年第5期32卷 7-12页

作者：程钰锋聂万胜车学科装备指挥技术学院研究生院北京101416 装备指挥技术学院航天装备系北京101416

为研究等离子体流动控制在乘波体前体/发动机一体化设计中的应用,设计了二波系前体,首先研究不同工况下前体的性能,然后比较不同等离子体控制方法对非设计点总压恢复系数等参数的影响。研究表明,非设计点工况下前体激波不再满足激波-唇... 详细信息

为研究等离子体流动控制在乘波体前体/发动机一体化设计中的应用,设计了二波系前体,首先研究不同工况下前体的性能,然后比较不同等离子体控制方法对非设计点总压恢复系数等参数的影响。研究表明,非设计点工况下前体激波不再满足激波-唇口原则,马赫数降低会使预压能力下降和流量系数减小,马赫数增大会使总压损失增大。马赫数小于设计点时,MHD方法效果较差,此时,等离子体虚拟前沿能够使减小总压损失、提高预压能力、增大空气捕获量。马赫数大于设计点时,准直流放电等离子体欧姆加热效应可减小总压损失,但会使预压能力下降和空气捕获量减小,此时MHD方法可以提高预压能力、增大空气捕获量,但会使总压损失急剧增大。

关键词：等离子体流动控制前体/超燃冲压发动机一体化设计磁流体动力学欧姆加热

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等离子体流动控制研究进展与展望

等离子体流动控制研究进展与展望