等离子体合成射流性能改进及在主动流动控制上的应用

论文摘要

等离子体合成射流应用于飞行器的主动流动控制,具有结构简单、能耗低、体积小、重量轻、控制灵活、响应速度快等优点,应用前景广泛。本文在提高补气式等离子体合成射流激励器性能、等离子体合成射流应用于主动流动控制和新型等离子体电源研发方面开展研究工作,并取得了具有一定价值的研究成果。首先,对采用单向阀补气的等离子体射流激励器,以模拟来流动压的方式增强单向阀的补气效能来提高射流速度,从而提升激励器的性能。为此,搭建了实验平台,以高压气瓶配合减压阀模拟来流动压通过单向阀对激励器进行补气。实验时,通过调整减压阀出口气流的压力来模拟不同速度下的来流动压,研究来流动压变化对不同条件下的激励器性能的影响。实验发现来流动压补气能有效提高射流平均速度,提高激励器能效。其次,采用PIV研究等离子体合成射流在NACA0021翼型模型上的不同位置沿流向和展向的主动流动控制效果。将射流分别布置于前缘驻点且朝上游方向,以及上翼面距前缘25%弦长处且朝向下游。在不同风速下研究上述等离子体合成射流对上翼面流动的影响,并探究了单个射流对沿翼展方向流动的影响范围。实验发现前缘射流对流动分离的控制效果较好,而且两个位置的射流在翼展方向对流动的控制范围都至少有80mm宽,这也为射流的设置密度提供了参考。最后,对等离子体合成射流的新型电源进行研发。主要研究Marx发生器作为电源的触发性能和对等离子体合成射流激励器性能的影响。对Marx发生器配以容量不同的电容,采用不同频率的高压脉冲信号对其进行触发,研究不同触发条件下等离子体合成射流激励器的性能变化,并对比相同频率下,功率相同的高压脉冲电源产生的射流速度。实验发现,采用Marx发生器可获得速度更高的射流。这表明,Marx发生器可以作为等离子体合成射流激励器的新型驱动电源。本文的研究成果对等离子体合成射流激励器的进一步改进和实际应用具有一定的指导意义,同时还验证了Marx发生器作为频率可控的等离子体合成射流激励器驱动电源的可行性,为进一步优化奠定了基础。

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第一章绪论

1.1 大气放电等离子体概述

1.1.1 等离子体的概念

1.1.2 气体放电等离子体

1.2 等离子体合成射流激励器

1.2.1 等离子体合成射流激励器简介

1.2.2 等离子体合成射流激励器国内外研究概况

1.3 等离子体合成射流主动流动控制技术

1.3.1 等离子体合成射流主动流动控制技术简介

1.3.2 等离子体合成射流主动流动控制技术国内外研究现状

1.4 等离子体合成射流电源

1.5 本文的研究目的和内容

第二章等离子体合成射流激励器来流动压补气实验

2.1 动压补气式等离子体合成射流系统

2.1.1 脉冲高压电源系统

2.1.2 模拟来流动压补气装置

2.1.3 传感器系统

2.1.4 激励器改进设计

2.2 等离子体合成射流激励器来流动压补气实验

2.2.1 正交实验法简介

2.2.2 正交实验

2.3 来流动压补气实验及分析

2.3.1 不同腔体体积下改变来流动压实验

2.3.2 不同激励频率下改变来流动压实验

2.3.3 不同加载电压下改变来流动压实验

2.3.4 不同占空比下改变来流动压实验

2.4 本章小结

第三章二维翼型等离子体合成射流流动控制实验

3.1 风洞实验系统

3.1.1 低速直流风洞

3.1.2 模型变攻角机构

3.1.3 二维翼型模型

3.1.4 等离子体合成射流激励器

3.1.5 PIV系统

3.1.6 示踪粒子发生器

3.2 等离子体合成射流流动控制PIV实验

3.2.1 不同攻角下的等离子体合成射流控制效果

3.2.2 不同位置的等离子体合成射流控制效果

3.2.3 不同加载电压下的等离子体合成射流控制效果

3.2.4 不同风速下的等离子体合成射流控制效果

3.2.5 等离子体合成射流激励器对展向流动影响的实验

3.3 本章小结

第四章 Marx发生器电源程控触发实验

4.1 Marx发生器电源触发系统

4.1.1 Marx发生器

4.1.2 Marx发生器的触发

4.2 Marx发生器电源与激励器

4.3 Marx发生器触发实验

4.3.1 Marx发生器放电间距实验

4.3.2 Marx发生器触发验证实验

4.3.3 Marx发生器低频触发实验

4.3.4 Marx发生器触发原理分析

4.3.5 较高频率Marx发生器触发实验

4.3.6 不同电源性能比较

4.4 本章小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

硕士期间科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈约适

导师: 林麒

关键词: 等离子体合成射流,动压补气,主动流动控制,发生器

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 厦门大学

分类号: V211

总页数: 102

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