等離子體激勵器周圍的流場情況

 據(jù)EurekAlert!：為了進一步提高等離子體流動控制技術的工程應用價值, 最近一篇研究論文在100 m/s風速下開展了新型等離子體氣動激勵控制某型無人機失速分離的實驗研究, 初步分析了控制機理.

這篇名為“高風速下介質阻擋放電等離子體對某型無人機失速分離的控制”的研究論文即將發(fā)表于《中國科學: 物理學 力學 天文學》2014年第6期. 該論文采用流動顯示與測力實驗相結合的方法, 研究了等離子體氣動激勵對無人機失速分離的控制, 由西北工業(yè)大學航空學院張鑫博士研究生擔任通訊作者撰寫.

介質阻擋放電等離子體流動主動控制技術作為一種新型流動主動控制技術, 通過在飛行器翼面布置電極組, 能夠有效控制飛行器表面繞流邊界層的轉捩和分離, 提高飛行器升阻比和失速迎角. 該技術預期可用于高空長航時無人機、先進大型運輸機、戰(zhàn)略轟炸機、戰(zhàn)斗機氣動設計和改進, 擴大飛行迎角, 提高機翼可用迎角和舵面操縱效能, 提高升力, 減小阻力, 從而顯著提高飛行器的性能. 因此, 該技術在未來飛行器研制中有重大應用前景. 從國內的研究文獻來看, 介質阻擋放電流動主動控制技術的研究多數(shù)停留在低風速范圍內, 來流馬赫數(shù)不超過0.1, 而在實際飛行中, 飛行器飛行速度多在100 m/s 以上. 因此, 為使等離子體流動控制技術具有實際應用價值, 就必須提高等離子體在高風速下的控制能力.

該研究的創(chuàng)新之處在于首次采用整個金屬模型作為下層電極, 發(fā)展了一種新型的等離子體激勵器, 顯著提高了等離子體在高風速下的控制效果. 研究結果表明：（1）這種新型的激勵器不僅能產生誘導氣流, 而且能與邊界層相互耦合, 演化產生旋渦結構, 促進邊界層中的低能流與邊界層外的高能流發(fā)生摻混, 向邊界層注入能量, 抑制邊界層的失速分離（如圖1）；（2）在來流風速100m/s 的情況下, 該激勵器能較好地抑制無人機繞流流場分離, 失速迎角推遲約30%, 升阻比最大提高80%.

該研究對于提升等離子體在高風速下的控制能力具有參考價值, 對于提高等離子體流動控制技術的工程化應用程度具有重要意義。