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等离子体激励式压气机

推进技术 2017年第10期38卷 2164-2171页

作者：李应红吴云张海灯李军空军工程大学航空航天工程学院等离子体动力学重点实验室陕西西安710038

受吴仲华先生"叶轮机械三元流动理论"的启发,在前期压气机等离子体流动控制研究的基础上,进一步提出等离子体激励式压气机的概念,即将等离子体激励融入到S1,S2流面压气机气动设计之中,以释放常规压气机设计中失速裕度、负荷极限等因素... 详细信息

受吴仲华先生"叶轮机械三元流动理论"的启发,在前期压气机等离子体流动控制研究的基础上,进一步提出等离子体激励式压气机的概念,即将等离子体激励融入到S1,S2流面压气机气动设计之中,以释放常规压气机设计中失速裕度、负荷极限等因素的约束。本文旨在探讨等离子体流动控制在新一代高负荷压气机中应用的前景和研究趋势,通过原理论证与实例分析,首先阐述了等离子体激励式压气机的概念,然后梳理了压气机等离子体流动控制研究的若干进展,以论述等离子体激励式压气机设计的研究基础,最后给出了等离子体激励式压气机的典型技术路径和理论基础。

关键词：等离子体激励压气机造型耦合优化气动设计流动控制

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等离子体激励抑制翼型失速分离的实验研究

空气动力学学报 2008年第3期26卷 372-377页

作者：李应红吴云张朴苏长兵宋慧敏空军工程大学飞机推进系统军队重点实验室陕西西安710038

进行了低速、低雷诺数条件下等离子体激励抑制NACA0015翼型失速分离的实验研究,研究了等离子体激励电压、激励电极数目和激励位置对流动分离抑制效果的影响。在翼型吸力面敷设不对称电极布局的等离子体激励器。在来流速度为4.27m/s,雷... 详细信息

进行了低速、低雷诺数条件下等离子体激励抑制NACA0015翼型失速分离的实验研究,研究了等离子体激励电压、激励电极数目和激励位置对流动分离抑制效果的影响。在翼型吸力面敷设不对称电极布局的等离子体激励器。在来流速度为4.27m/s,雷诺数为4.96×104的情况下,未施加等离子体激励时,从攻角为9°起翼型吸力面发生显著的前缘流动分离;施加等离子体激励后,流动分离在攻角小于26°的情况下均能很好地重附到翼型吸力面表面。实验表明,流动分离越严重,对等离子体激励的强度要求也越高,等离子体激励的电压和电极组数也必须相应增大;给定的流动分离状态下,等离子体激励的电压和电极组数存在一个阈值;等离子体激励的最佳位置在流动分离起始点的前缘;雷诺数增大后,流动分离更难抑制。

关键词：航空航天推进系统等离子体激励翼型失速分离流动控制

等离子体激励调控流动与燃烧的研究进展与展望

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中国科学：技术科学 2020年第10期50卷 1252-1273页

作者：李应红吴云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

等离子体激励调控流动与燃烧,是航空科技与等离子体技术交叉领域的研究前沿,在飞机增升减阻、发动机扩稳增效和拓展使用边界方面具有重要而广阔的应用前景.本文综述了本课题组的研究进展,主要包括:针对等离子体激励特性与优化的基础问题... 详细信息

等离子体激励调控流动与燃烧,是航空科技与等离子体技术交叉领域的研究前沿,在飞机增升减阻、发动机扩稳增效和拓展使用边界方面具有重要而广阔的应用前景.本文综述了本课题组的研究进展,主要包括:针对等离子体激励特性与优化的基础问题,建立了多物理场耦合仿真模型和优化方法;针对提升等离子体流动控制能力的关键问题,建立了等离子体冲击流动控制理论,发展了适用于亚声速和超声速流动控制的等离子体冲击激励方法;针对飞机增升减阻与拓展使用边界的重要需求,发展了高升力机翼、飞翼等典型机翼等离子体流动控制与防除冰方法;针对发动机扩稳增效的重要需求,发展了压气机泄漏流动与分离流动、进气道分离流动等离子体激励调控方法;针对发动机拓展点火与燃烧边界的重要需求,发展了多通道放电等离子体点火方法、滑动弧等离子体点火助燃方法.最后,对基于等离子体激励的流动与燃烧调控技术发展进行展望.

关键词：等离子体激励流动控制点火助燃飞机发动机压气机燃烧室

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等离子体激励气动力学探索与展望

力学进展 2022年第1期52卷 1-32页

作者：李应红吴云梁华朱益飞张海灯郭善广空军工程大学等离子体动力学重点实验室西安710038

等离子体激励气动力学是研究等离子体激励与流动相互作用下,绕流物体受力和流动特性以及管道内部流动规律的科学,属于空气动力学、气体动力学与等离子体动力学交叉前沿领域.等离子体激励是等离子体在电磁场力作用下运动或气体放电产生... 详细信息

等离子体激励气动力学是研究等离子体激励与流动相互作用下,绕流物体受力和流动特性以及管道内部流动规律的科学,属于空气动力学、气体动力学与等离子体动力学交叉前沿领域.等离子体激励是等离子体在电磁场力作用下运动或气体放电产生的压力、温度、物性变化,对气流施加的一种可控扰动.局域、非定常等离子体激励作用下,气流运动状态会发生显著变化,进而实现气动性能的提升.国际上对介质阻挡放电等离子体激励、等离子体合成射流激励及其调控附面层、分离流动、含激波流动等开展了大量研究.等离子体激励调控气流呈现显著的频率耦合效应,等离子体冲击流动控制是提升调控效果的重要途径.发展高效能等离子体激励方法,通过等离子体激励与气流耦合,激发和利用气流不稳定性,揭示耦合机理、提升调控效果,是等离子体激励气动力学未来的发展方向.

关键词：等离子体激励气动力学附面层分离流动激波

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等离子体激励下的凹槽叶顶气膜冷却性能

西安交通大学学报 2024年第1期58卷 42-53页

作者：徐柯文何坤晏鑫西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

通过将等离子体激励力耦合至雷诺时均NS方程组的动量方程中,数值研究了等离子体控制下的燃气透平凹槽叶顶的气膜冷却性能,分析等离子体激励强度、激励频率对凹槽叶顶气膜冷却效率和总压损失的影响,提出了一种改善凹槽底部冷却气膜覆盖... 详细信息

通过将等离子体激励力耦合至雷诺时均NS方程组的动量方程中,数值研究了等离子体控制下的燃气透平凹槽叶顶的气膜冷却性能,分析等离子体激励强度、激励频率对凹槽叶顶气膜冷却效率和总压损失的影响,提出了一种改善凹槽底部冷却气膜覆盖的非均匀等离子体控制策略,阐明了等离子体激励对叶顶间隙内冷热气流的作用机制。研究结果表明:凹槽下游等离子体激励可有效抑制上游冷气对下游冷气的卷吸,且抑制作用随着激励强度、激励频率的增加而增强。激励强度较小时,上游冷气未对下游冷气造成卷吸,尾缘处气膜冷却性能较好;随着激励强度增大,尾缘冷气被上游冷气吹离凹槽底部,但中部气膜冷却性能较好。激励强度Ds为204时,凹槽底部平均气膜冷却效率相比无激励时提升了25.11%。激励频率与激励强度对叶顶气膜冷却性能的影响规律类似。当激励强度Ds为156,激励频率Dθ为6.25和Dθ为8.75时,凹槽底部平均气膜冷却效率相比于无激励时分别提升了28.71%和29.27%。施加非均匀等离子体控制时,凹槽底部平均气膜冷却效率比无激励时提升了39.12%。施加等离子体激励后,叶栅总压损失几乎不变。

关键词：燃气透平凹槽叶顶等离子体激励气膜冷却

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等离子体激励低速分离流动控制实验研究

实验流体力学 2007年第2期21卷 35-39页

作者：张攀峰王晋军施威毅武哲北京航空航天大学流体力学研究所北京100083 北京航空航天大学飞机系北京100083

通过风洞流动显示实验,研究了等离子体激励低速条件下对平板表面分离剪切层的控制特性。结果表明等离子体激励在失速迎角附近可以有效抑制平板上的流动分离,实现流动的完全再附。在大迎角下可以显著减小平板完全分离后分离区的宽度。对... 详细信息

通过风洞流动显示实验,研究了等离子体激励低速条件下对平板表面分离剪切层的控制特性。结果表明等离子体激励在失速迎角附近可以有效抑制平板上的流动分离,实现流动的完全再附。在大迎角下可以显著减小平板完全分离后分离区的宽度。对比五种不同电极的实验,发现对于给定的输入电压及频率,负极宽度越宽,电极内侧正向间距越宽,其流动控制效果越好。最后通过改变发烟钢丝的位置和来流状况,证明了等离子体对周围流场的吸附和加速作用,对等离子体激励控制流动分离的机理进行了分析。

关键词：等离子体激励流动控制分离流动低速

不同射流角下等离子体激励对平板气膜冷却影响的数值研究

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航空动力学报 2017年第9期32卷 2088-2094页

作者：李国占刘华坪陈浮李林熹宋彦萍哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

采用大涡模拟(LES)方法对有/无等离子体激励条件下不同射流角时的平板气膜冷却流场进行了对比研究。结果表明:随着射流角的增大,冷却射流对主流的穿透率与气膜孔下游回流区的范围增大,发卡涡的强度及其抬升射流的能力增强并远离壁面,导... 详细信息

采用大涡模拟(LES)方法对有/无等离子体激励条件下不同射流角时的平板气膜冷却流场进行了对比研究。结果表明:随着射流角的增大,冷却射流对主流的穿透率与气膜孔下游回流区的范围增大,发卡涡的强度及其抬升射流的能力增强并远离壁面,导致气膜冷却效率降低,但射流角为90°时部分低能冷却流体会进入回流区引起气膜冷却效率升高,故气膜冷却效率在射流角为35°时最大,在射流角为60°时最小;等离子体激励削弱了冷却射流对主流的穿透率,其下拉诱导作用也使得发卡涡头部受到的库塔-儒科夫斯基升力以及水平涡腿间的相互诱导力减小,抑制了发卡涡的发展并促使其破碎为近壁条带结构,从而提高了气膜冷却效率,且射流角越小,上述作用效果越明显,当射流角为35°时中心线气膜冷却效率提高了55%。

关键词：大涡模拟(LES) 等离子体激励气膜冷却射流角肾形涡发卡涡冷却效率

环形电极等离子体激励控制透平叶顶间隙泄漏流动研究

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西安交通大学学报 2024年第6期58卷 128-138页

作者：周祚弘黄明晏鑫李志刚李军西安交通大学叶轮机械研究所西安710049

为探究等离子体激励对叶顶泄漏流动的影响,基于非对称阻挡介质放电等离子体激励的数值模型,提出了环形电极的阻挡介质放电等离子体激励模型。将等离子体激励产生的体积力耦合至雷诺平均Navier-Stokes (RANS)方程组的动量方程中,数值研究... 详细信息

为探究等离子体激励对叶顶泄漏流动的影响,基于非对称阻挡介质放电等离子体激励的数值模型,提出了环形电极的阻挡介质放电等离子体激励模型。将等离子体激励产生的体积力耦合至雷诺平均Navier-Stokes (RANS)方程组的动量方程中,数值研究了3种等离子体激励电压(9、13、17 kV)和3种激励频率(8、10、12 kHz)的透平叶顶泄漏流动特征。结果表明:环形电极等离子体激励显著改变了叶顶间隙的压力分布,在叶顶间隙内部和叶顶的两侧诱导形成大尺寸涡系结构,阻碍压力侧的主流进入叶顶间隙,有效抑制了动叶叶顶泄漏流动;在激励频率一定时,随着激励电压的增加,叶顶泄漏流动引起的总压损失减弱,但过高的激励电压会造成额外的诱导涡损失;激励电压保持不变,激励频率的增大对叶顶间隙的高压区域无明显影响,而叶顶两侧的诱导涡得到增强并挤压相邻的通道涡,叶栅通道120%轴向弦长处截面的总压损失进一步降低,13 kV激励电压、12 kHz激励频率工况具有最低的总压损失系数,相比无等离子体激励降低了16.12%。研究阐明了等离子体激励电压与激励频率对透平叶顶区域流场以及叶栅气动性能的影响规律。

关键词：透平动叶等离子体激励叶顶泄漏流气动性能

射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰的控制效果

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浙江大学学报（工学版） 2020年第9期54卷 1839-1848页

作者：蔡帮煌宋慧敏郭善广张海灯盛佳明空军工程大学等离子体动力学重点实验室陕西西安710038

在空气静止、气压为12 kPa(对应超声速风洞试验段的气压)条件下,研究射频放电等离子体的光谱特性;在马赫数为2的超声速来流中,研究射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰非定常性的控制效果.实验结果表明:在相同的激励频率下,随着加载... 详细信息

在空气静止、气压为12 kPa(对应超声速风洞试验段的气压)条件下,研究射频放电等离子体的光谱特性;在马赫数为2的超声速来流中,研究射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰非定常性的控制效果.实验结果表明:在相同的激励频率下,随着加载功率的增大,表征电子温度的相对光谱强度增大,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度基本保持不变;保持加载功率不变,随着激励频率的增大,表征电子温度的相对光谱强度先增大后减小,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度没有明显变化.在未施加激励时,激波振荡的主导频率为低频;在施加射频放电等离子体激励后,激波低频振荡减弱,高频振荡增强,激波特征频率从低频转向高频,再附边界层出现高能量漩涡结构.

关键词：射频表面放电等离子体激励发射光谱激波/边界层干扰特征频率