等离子体主动控制S形进气道流动分离的实验研究

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S形进气道由于其独特的构造,使得雷达波进入进气道后在大曲率壁面之间经历了一系列的反射,减少了雷达的散射面积,从而提升了隐身性。但是,S形进气道也使得气流流动更加复杂。大曲率弯曲段由于强逆压梯度会使气流出现流动分离和复杂的二次流,导致进气道出口截面总压畸变,从而影响压气机的工作状态。为此,本文以主动控制S形进气道内的复杂流动问题为背景,通过DBD(介质阻挡放电)等离子体和等离子体合成射流两种主动流动控制方式来改善进气道出口压力畸变,并探究两种方式的最佳控制方案和控制机理。首先,设计制作S形进气道风洞试验件,研究进气道内流场特性。利用PIV流场测试技术和压力扫描阀分别测量了进气道沿程及出口截面的流场和压力分布,明确了分离点位置(x/L=0.27)及分离区域,获得出口截面不同风速下的总压分布和流场特性。其次,进行了 DBD等离子体对S形进气道的流动分离主动控制实验。根据DBD等离子体的流动控制原理,设计了 4种不同诱导气流方向的等离子体激励器。根据进气道流动分离点位置,在进气道近端壁面布局等离子体激励器,考查了激励器的布局位置和布局形式对进气道出口稳态压力畸变控制效果的作用,获得DBD等离子体控制进气道流场的最佳方案,当来流V=10 m/s时,出口稳态压力畸变指数最高下降了 4.58%。同时进行不同风速下控制效果的对比,发现介质阻挡放电等离子体适用于来流15 m/s以下的进气道控制。最后,进行了等离子体合成射流对S形进气道的流动分离主动控制实验。设计了不同腔体体积的等离子体合成射流激励器,考察了电参数和结构参数对于出口平均速度的影响。在进气道近端壁面布局等离子体合成射流激励器,考察了布局位置、布局形式、激励频率和射流孔径对进气道出口压力畸变控制效果的作用实验结果表明:在S形进气道近端壁面分离点附近布置“V型”布局的等离子体射流激励器,在来流风速15 m/s时出口稳态压力畸变指数最高下降了 13.1%。并且通过正交实验法获得了各个因素对进气道出口压力畸变控制效果影响排序为:布局位置>射流孔径>激励频率>布局形式。本文的研究成果为解决S形进气道出口压力畸变的问题提供了新的主动控制技术。
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