航空微机械——微机械用于边界层控制技术的研究

这篇报告介绍了Brite-EuRam航空微机械课题最近的发展。研究目的是应用微机电系统(MEMS)技术抑制飞机机翼上气流分离的可靠性。这个研究课题是由英国航空航天领导的并涉及到Dassauh航空、CNRS和Warwick大学、曼彻斯林、柏林(TUB)、曼特(UPM)Atheus(NTUA)、Laussanne(EPFL)和Tel-Aviv。这个“基础研究”项目是由CEC工业和材料技术研究所CNRS和合作工业联合基金支持的，经费支出大约26人年，1．5百万欧元三年时间。这个课题的目的在于评估利用MEMS技术改善紊流附面层进而推迟分离的可能性。课题进行了两种流场控制的概念研究，控制壁面附近气流方向上湍流结构(马蹄形涡和条纹)，控制分离点下游附近的大尺寸横向涡的结构，运用大量的实验，数值模拟和控制系统模型等手段，验证了检测和作功的不同概念。MEMS系统的硬件是以体激励器和传感器的形式发展的。课题研究以在工业相关领域进行实验验证为目的。     

相邻激励器合成射流流场数值模拟及机理研究

建立了将合成射流激励器腔体、出口喉道、外部流场作为单连域计算处理的吹／吸型边界模型。在此基础上,对不同相位差、不同振幅、不同频率的相邻激励器相互作用形成的合成射流流场进行了数值分析。计算结果表明：相邻激励器工作时的相位差、振幅不同、驱动频率不同对其形成的合成射流流场有很大影响,合成射流不再对称分布,流动将发生偏转。其机理是由于两激励器吸入和排出流体流动不同(不同相、不同幅值、不同频率),使得两列旋涡对不对称,因此在两列旋涡对之间存在涡量强度不同和压强梯度,从而引起旋涡对向低压侧和强涡量区偏转。     

直缝式等离子体合成射流激励器特性的实验研究

为了研究一种新型的直缝式等离子体合成射流激励器,采用高速纹影技术和电参数测量的方法,对激励器的瞬态流场特性和放电特性进行了研究。实验结果表明:在相同出口面积的情况下,直缝式等离子体合成射流激励器的初始射流速度是直孔式激励器的1.4倍。直缝式激励器速度衰减更快,喷气时间更短,和外部气流的动量交换更加迅速。实验中首次对直缝激励器的三维流场进行描述及分析,发现其前驱激波及射流形态具有更好的平面度,存在较大的均匀区。直缝式等离子体合成射流激励器在提高工作频率、扩大流动控制区间等方面具有一定优势。     

采用遗传算法的压电传感器和激励器的电极形式设计

分布式传感器和激励器能够有效地用于平板的振动控制。通过对由聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）材料膜构成的电极结构形式的优化，能够实现二维的压电转换器。包括ＰＶＤＦ传感器和激励器在内的组合结构建模采用了有限元法，用ＰＶＤＦ的各向异性来改变压电转换器的层压角。平板整个表面的电极结构形式是由板上每个电极的状态来决定的。激励器的设计基于这样的准则；在给定初始条件下，使得控制模式部分的能量最小；而传感器的设计原则是使     

不同类型多级等离子体激励器诱导气流的力学特性研究

等离子体激励器通过产生的等离子加速气流,可以实现对流动的控制。单级等离子体激励器由于受到等离子体放电的物理限制,其控制作用较小;为了提高等离子体流动控制的效果,关于多级等离子体激励器的研究得到发展。采用图像采集和粒子示踪测速系统(PIV),对传统多级等离子体激励器和多级双极性等离子体激励器的放电现象以及气流加速进行研究,并通过流场速度分布计算等离子体激励器对空气产生的推力和吸力。结果表明:随着电压的升高,传统多级等离子体激励器产生的推力和吸力会逐渐减弱;而多级双极性等离子体激励器产生的推力和吸力均呈逐渐增强的趋势。     

双极性等离子体激励器流动控制特性研究

提出了一种新型等离子体激励器,此激励器中前一级的下电极与后一级的上电极相连,形成双极性型电极.利用粒子示踪测速系统(PIV)对该激励器加速气流进行实验.结果表明:这种新型多级激励器能够消除前后电极之间的相互干扰,大大提高多级等离子体激励器加速气流的效率.同时,在低速风洞中进行了新型激励器对圆柱后尾流的控制初步实验,该新型激励器对圆柱尾流的控制效果显著.     

大功率狭缝式活塞激励器流场测量与分析

研制了一种大功率活塞射流激励器,出口瞬时速度峰值可达0.3Hz,通过对活塞激励器射流流场测量,得到激励器出口流场速度、涡量分布,分析得到激励器合成射流流动结构与特征,通过采用活塞激励器控制同轴射流掺混,实验结果证明此种活塞激励器可以用于相对较高的速度流场的主动流动控制.利用提出的设计方法设计合成射流激励器可以在激励器出口形成稳定的对涡结构,采用一定的激励频率即可对喷管气流掺混进行有效控制.研究表明,合成射流激励器作为主动流动的执行机构,在航空动力排气系统具有潜在的重要价值.     

斜出口合成射流激励器S进气道分离流动控制

设计加工了单膜双腔式斜出口合成射流激励器,应用PSI DTC Initium压力扫描系统对斜出口合成射流激励器在S进气道主动流动控制中的应用进行了研究。结果表明：斜出口合成射流激励器能够抑制S进气道分离流动,提高出口总压恢复系数σ和降低畸变指数DC90,只需通过改变激励器的工作电压和频率,就可实现对S进气道内部流场的控制。在共振频率下,当来流速度V=80m/s,采用斜出口合成射流控制可使出口截面平均总压恢复系数增加0.37%,此时所耗合成射流能量仅为主流的0.24%。     

飞翼布局飞行器等离子体激励滚转操控试验

飞翼布局飞行器采用多个气动舵面共同作用来控制飞行,常规气动舵面的结构复杂,在大迎角时由于流动分离,舵面操纵效率显著降低。等离子体激励器具有结构简单、重量轻和响应快等优势,常被用在流动控制上。本文利用激励器抑制单侧翼面流动分离产生不对称的气动力,对飞翼布局飞行器滚转通道的控制进行了试验研究,得出了激励器在飞行器上的最优布置位置和最佳控制参数,并和常规副翼舵面滚转操控效果进行了对比。结果表明:布置于内翼、中翼前缘的等离子体激励器能够获得最佳的滚转控制效果;激励器调制频率对飞行器滚转控制效果的影响较大,而激励电压对滚转控制效果的影响较小;与常规副翼相比,等离子体激励器在大迎角时对滚转通道的操控效果优于副翼。     

大迎角分离流场在等离子体控制下的特性研究

设计了一种新型的大迎角主动流动控制方法。采用圆锥-圆柱组合体模拟飞行器前体,在靠近圆锥尖端处镶嵌了一对马蹄形单电极介质阻挡放电（single_Dielectric Barrier Discharge SDBD）等离子体激励器,通过风洞实验研究了等离子体激励器在不同状态下对大迎角模型前体的非对称气动载荷的控制作用。实验结果表明,通过控制等离子体激励器的开闭可以使得圆锥-圆柱组合体在大迎角下出现的侧力改变方向。还对通过调节单侧等离子体激励器的激励电压实现圆锥前体侧力系数在正负极值间连续变化的可能性进行了初步的实验探索。