平流层螺旋桨多工况等离子体增效控制方案研究

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1、第４４卷第２期航空计算技术Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．２２０１４年３月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｒ．２０１４平流层螺旋桨多工况等离子体增效控制方案研究１，２２１２李国强，周思引，倪章松，车学科（１．中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳６２１０００；２．装备学院航天装备系，北京１０１４１６）摘要：基于Ｓ１２２３翼型建立了平流层螺旋桨３维模型，在螺旋桨上下表面设置等离子体激励器，设计了５种螺旋桨工况下的等离子体控制方案，采用唯象学等离子体体积力模型进行数值仿真，研究了５种工况下不同等离子体控制方案对螺旋桨拉力和效率的

2、影响。结果表明，设计工况下不宜开启等离子体激励器，采用交流激励时等离子体对高转速前进工况下的螺旋桨控制效果不明显，低速重载工况和滑翔工况下螺旋桨拉力和效率增加，低转速抗风工况下螺旋桨拉力大。采用等离子体流动控制技术提高平流层螺旋桨性能是可行的，需要进一步开展大量研究以优化等离子体激励器的布置方案和控制方案，提高等离子体控制效果，以满足低速临近空间飞行器对推进系统的需求。关键词：介质阻挡放电；临近空间；螺旋桨；流动控制中图分类号：Ｖ２１１　　　文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１４）０２桘００２６桘０６ResearchonPer

3、formanceEnhancementofStratospherePropellerusingPlasmainMulti桘operatingMode１，２２１２ＬＩＧｕｏ桘ｑｉａｎｇ，ＺＨＯＵＳｉ桘ｙｉｎ，ＮＩＺｈａｎｇ桘ｓｏｎｇ，ＣＨＥＸｕｅ桘ｋｅ（１．ChinaAerodynamicsResearchandDevelopmentCenter，Mianyang６２１０００，China；２．DepartmentofSpaceEquipment，AcademyofEquipment，Beijing１０１４１６，China）Abstract：Ｂ

4、ａｓｅｄｏｎＳ１２２３ａｉｒｆｏｉｌ，ａ３Ｄｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｐｌａｓｍａａｃｔｕａｔｏｒｓａｒｅｓｅｔｏｎｂｏｔｈｕｐｐｅｒａｎｄｌｏｗｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓｕｒｆａｃｅｓａｎｄｆｉｖｅｐｌａｓｍａｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｓｆｏｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｐｌａｓｍａａｃｔｕａｔｏｒｓｈｏｕｌｄｎｏｔｂｅｔｕｒｎｅｄｏｎｉｎｄｅｓｉｇｎｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

5、．ＩｔｉｓｎｏｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｏｕｓｅＡＣｍｏｔｉｖａｔｉｏｎｆｏｒｈｉｇｈｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉ-ｔｉｏｎ．Ｗｈｉｌｅｔｈｅｐｕｌｌｆｏｒｃｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｐｒｏｐｅｌｌｅｒａｒｅｒａｉｓｅｄｉｎｌｏｗｓｐｅｅｄｈｅａｖｙｌｏａｄａｎｄｇｌｉｄｅｃｏｎｄｉ-ｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒｐｕｌｌｆｏｒｃｅｉｎｌｏｗｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｒｅｓｉｓｔｗｉｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｓｌａｒｇｅｒ．Ｉｔｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｔｏｅｎ-ｈａｎｃｅｔｈｅｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒ

6、ｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｙｕｓｉｎｇｐｌａｓｍａｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｍｏｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓａｒｅｎｅｅｄｅｄｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆｐｌａｓｍａａｃｔｕａｔｏｒｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｐｌａｎｓｓｏａｓｔｏｍｅｅｔｔｈｅｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｓｙｓ-ｔｅｍｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｌｏｗｓｐｅｅｄｎｅａｒｓｐａｃｅａｉｒｖｅｈｉｃｌｅｓ．Keywords：ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｎｅａｒｓｐａｃｅ；ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ；ｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌ引

7、言为电流体力学激励器用于控制内外流动，在飞行器转目前，大多数低速临近空间飞行器，包括平流层飞捩分离控制、激波控制以及降低表面摩擦阻力等方面［１－３］艇、高高空无人机，都采用螺旋桨作为其主要动力装具有很大的应用潜力。近年来，国内外的研究表置。但是，随着飞行高度的增加，常规螺旋桨的拉力、［４］明，ＳＤＢＤ等离子体在抑制涡轮叶片、压气机叶栅的效率等气动性能迅速下降，对飞行器的放飞、巡航、定流动分离等方面都具有较好的效果，但利用等离子体点以及回收等造成了严重困难。因此，如何提高平流流动控制技术抑制平流层螺旋桨流动分离、提高螺旋［１］层螺旋桨的气动性

8、能具有非常意义。桨气动性能的研究报道还没有见到。实际上，临近空表面介质阻挡放电（ＳｕｒｆａｃｅＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＢａｒｒｉｅｒＤｉｓ-间的低雷诺效应造成严重流动分离是影响平流层