基于等离子体合成射流的飞翼布局模型主动流动控制风洞实验研究

为探究等离子体合成射流对三维模型的流动控制效果和机理，在中等展弦比飞翼布局模型前缘布置等离子体合成射流激励器开展低速风洞实验研究。通过六分量天平测力，考察沿弦向、展向不同分布位置的等离子体合成射流对飞翼模型气动力和气动力矩的作用；采用PIV（Particle Image Velocimetry，粒子图像测速）测量模型表面流场分布，研究等离子体合成射流流动控制机理。结果表明:在飞翼模型单侧布置等离子体合成射流，能够有效改善其气动特性，并能产生附加的滚转力矩，滚转力矩系数变化量最高达到0.009；在飞翼模型左右弦布置等离子体合成射流，能显著增强飞翼模型横向稳定性，滚转力矩系数波动范围减小66.7%。沿弦向，等离子体合成射流位置离前缘越近，控制效果越好，距前缘0mm的激励器控制效果最好；沿展向，布置的等离子体合成射流越多，对模型的升力特性改善作用越明显，布置方式以均布为优。在失速迎角前后，等离子体合成射流的流动控制机理不同:在小迎角下，等离子体合成射流在前缘起到了使转捩提前的作用；在失速迎角附近，则加速了分离区的流动、减小了分离区厚度。     

火花放电等离子体射流实验研究

提出一种火花放电等离子体射流发生器,可获得能量较高的零质量射流。其工作频率可达9k Hz,可在大气压下产生持续的平均速度较高的射流。详细阐述了该射流发生器结构;通过对其放电形态的研究,探讨了产生射流的机理;利用皮托管测量了射流平均速度,研究了发生器电极间距及外加电参数对射流平均速度的影响,测量了射流平均速度轴向分布;得到了该等离子体射流发生器的射流特性曲线。实验结果表明,该发生器产生的持续射流平均速度可达40m/s以上;增大加载电压还可提高射流速度;对给定的射流发生器,存在最佳电极间距和电压频率。     

基于刚度优化的绳牵引并联支撑系统力/位混合控制

针对应用于风洞试验的八绳牵引并联支撑系统高性能运动控制问题,开展绳索张力实时优化与力/位混合控制技术研究。基于动态试验需求和系统刚度矩阵,选择主刚度加权和最大为目标函数,将其转化为线性规划问题,采用二维凸多边形张力可行域顶点法进行实时求解,并根据绳索张力变化约束进一步提出连续可行域,确保解的连续性,实现其优化分布;设计一种基于电机转角和绳索张力反馈的力/位混合控制策略,其中位姿控制环采用计算力矩法,并利用实际绳索张力补偿惯性力和非线性力等,进而开展稳定性分析。以风洞试验中典型的推力模拟、俯仰振荡等线位移和角运动轨迹为例,在原理样机上开展控制验证实验。研究结果表明该控制策略能够实现对末端飞行器模型位姿和绳索张力的有效跟踪,且具有较高的精度和良好的稳定性,可以为绳牵引并联支撑在风洞动态试验中的应用提供技术支持。     

补气式等离子体射流发生器实验研究

提出一种补气式等离子体射流(ASPSJ)发生器,在常规火花放电式等离子体射流(PSJ)发生器腔体上连接单向阀,改善发生器吸气复原阶段的补气量和射流的连续性,以获得能量更高的合成射流。研究了在不同加载电参数下,不同类型单向阀对发生器最大射流速度的优化作用;通过正交实验法确定了补气式等离子体射流发生器的最佳工作电参数,以获得最高的合成射流速度。文中的等离子体射流发生器配以所选择的补气单向阀,最优加载电压频率为150 Hz,幅值为50 kV,占空比为15%。实验结果表明,补气式等离子体射流发生器将最大射流速度提升20%以上,高射流速度的工作频带由单点扩展到100 Hz,以期在应用于流动控制时获得更好的效果。研究成果为后续的主动流动控制的应用研究提供了指导。     

新型等离子体主动流动控制器及其诱导流场研究

利用空气中阻挡介质沿面放电等离子体诱导定向气流的特性,创造性地设计多种可用于流动控制的等离子体主动流动控制器;有目的地布置电极,主动组织等离子体诱导的定向气流,形成所需的气体流动结构;对其进行流动显示试验,并采用PIV技术对各新型等离子体流动控制器所形成的流场进行测量。研究结果表明,合理地设计等离子体流动控制器,可以得到所需的流动结构,用于流动控制。本文的研究成果为主动流动控制提供了一类新型的无源流动控制器。     

低速风洞绳牵引并联机器人支撑系统的模型姿态与振荡控制研究

介绍了基于机器人技术的绳牵引并联机构的特点;设计并建造了适用于低速风洞试验的八绳六自由度绳牵引并联支撑机构样机(WDPSS-8),给出其具体的结构参数,分析了该机构的特点及可行性;建立了该系统的运动学位姿逆解模型和静力学模型,完成了运动学逆解的推导,得到已知缩比模型位姿求绳长变化的公式;搭建了相应的绳牵引并联机构的控制实验平台,在此基础上进行了静力学工作空间的分析,通过 Matlab 编程仿真得到了缩比模型在主位姿处3个姿态角的工作空间;并在此实验平台上进行了缩比模型的三转动自由度姿态变化运动控制,实现了缩比模型运动到指定角度的控制;在此基础上按指定振幅和频率进行了三转动单自由度振荡的运动控制;对运动控制试验结果进行了初步的误差分析.     

S弯管中可压三元紊流控制方程和数值计算

本文通过对瞬态N-S方程的质量加权平均处理,对不可压缩流的k-ε两方程紊流模型做了可压缩性的修正。用有限差分法进行了数值计算。计算结果与实验数据吻合很好,这预示着数值方法可能会发展成为研究S弯管中高亚音速三元流动的一种手段。     

低速风洞绳牵引并联支撑系统的机构与模型姿态控制方案设计

首先介绍作为风洞试验中新型"软式"支撑系统的绳牵引并联支撑系统;其次,在给定的设计要求下,依据缩比模型所需运动,探讨绳牵引并联支撑系统的设计原理,并提出详细的设计步骤,得到了一个8根绳牵引的RRPM:WDPSS-8,使缩比为1∶40的F-15E模型可实现的俯仰角达-79°~71°、滚转角达-90°~90°、偏航角达-38°~39°;最后,在建立系统的动力学模型的基础上,采用基于绳长关节空间的驱动力矩控制器的位置控制方案来进行缩比模型的姿态控制,并用Lyapunov函数证明缩比模型在该控制规则下的运动稳定性。