不同压力下两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究.doc

《不同压力下两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第八届全国流体力学学术会议2014年9月18～21日甘肃兰州文章编号：CSTAM2014-B01-0233不同压力下两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究王林，夏智勋，罗振兵，周岩，张宇国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室Copyright©2014版权所有中国力学学会地址:北京市北四环西路15号　邮政编码:100190　Address:No.15BeisihuanxiRoad,Beijing100190不同压力下两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究1）王林2），夏智勋，罗振兵，周岩，张宇+（国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术

2、重点实验室，湖南长沙410073）摘要基于放电测量和流场光学诊断技术，对不同大气压力环境条件下两电极等离子体合成射流激励器电压-电流特性、能量转换特性和射流流场特性进行了实验研究。结果表明：随着气压的降低激励器工作击穿电压及放电峰值电流减小。从0.1atm至1atm，电压及峰值电流均增大约2.7倍；放电电容及火花电弧沉积能量同步增大，但电容向火花电弧的能量传递效率基本维持不变，约为20%左右。随着激励器工作环境压强的增大，腔体内气体密度增加，射流流场中“前驱激波”密度梯度增大，但速度基本不变，以345m/s的当地声速恒速传播。激励器产生的射流速度峰

3、值在0.6atm和0.1atm时达到最大，约为345m/s，比标准大气压强条件下的射流速度峰值高约20%。火花电弧沉积能量(Q)与激励器腔体内初始能量(E)之比是射流速度的决定因素，大的Q/E产生高的射流速度。关键词等离子体合成射流，主动流动控制激励器，气体放电，低气压引言主动流动控制技术是流体力学研究的前沿和热点，高效的流动控制系统对于保证飞行器飞行安全性、改善飞行器可操纵性和提高飞行器推进效率具有重要意义。作为主动流动控制技术发展的核心问题之一，流动控制激励器的设计水平和工作性能直接决定了主动流动控制技术的应用方向和应用效果。由于激励器流场控制

4、能力和环境适应性的不足，长期以来主动流动控制技术的研究领域主要局限于低速、低雷诺数流场的控制[1]。近年来，由于超声速/高超声速飞行器技术的发展，实现高速流场主动流动控制的需求愈加迫切，高速流场主动流动控制激励器的研究也越来越受到关注[2]。在众多激励器驱动类型中，基于气体放电的等离子体气动激励装置以其结构简单、响应迅速、工作频带宽、无机械活动部件、适应多工况等优点，正成为主动流动控制技术的研究重点[3,4]。等离子体合成射流(又称为火花放电式射流或脉冲等离子体射流)激励器作为等离子体气动激励装置的一种，由一个开有出口孔缝的绝缘腔体和一对电极组成，

5、其放电是在小腔体内进行，气体放电产生的加热作用使得腔内空气的温度和压力快速升高，升温加压的腔内气体从出口高速喷出，形成用于流场操控的等离子体射流。之后由于高速射流的引射导致腔体负压以及腔内温度和压力的下降，外部气体会重新充填腔体，准备下一次射流的形成。除了具有一般等离子体激励器的共同特点外，在流动控制中等离子体合成射流激励器还拥有自己独特的优势。首先，适量的功率消耗即可以获得高速合成射流。目前计算和实验获得的等离子体合成射流速度均达到数百米每秒[5,6]。其次，通过控制驱动电参数，可以方便的实现激励器输出动量大小和工作频率的改变，满足高速流场不同的

6、控制需求。自从美国约翰霍普金斯大学Grossman等[5]首次提出等离子体合成射流激励器概念，国内外众多单位相继开展了与之相关的研究。Cybyk等[7]改进了初始激励器结构设计，提高了激励器的射流形成能力和工作可靠性。Grossman[5]和Haack[8]等提出并完善了等离子体合成射流一维理论分析方法，结果表明射流的最大理论速度可以达到1500m/s。Taylor[9]和王林[10]等分别建立了等离子体合成射流数值计算(a)(b)图1实验系统及等离子体合成射流激励器(a)实验系统,(b)激励器组件结构模型，分析了激励器能量利用效率和射流发展过程。

7、在实验研究方面，由于PIV技术示踪粒子的播撒困难和跟随性不足[11]，纹影/阴影技术成为主要的研究手段。德克萨斯州立大学[6]、伊利诺伊州立大学[12]、韩国Ulsan大学[13]、法国宇航研究中心(ONERA)[14]和国防科技大学[15]、空军工程大学[16]等单位分别采用纹影/阴影技术研究了激励器出口构型、电容大小、能量沉积速率、放电电流和频率等对射流速度的影响。作为一种高速流场主动流动控制装置，等离子体合成射流激励器已经在超声速边界层转捩[5]、激波边界层干扰[17]和超声速飞行器气动力控制[18]等方面表现出较好的应用前景。基于现有等离子

8、体合成射流激励器研究现状，本文将采用放电测量和光学诊断相结合的方法，实验研究不同低气压环境条件下等离子体合成射流激励器放电