亚、超音速气流下纳秒脉冲放电等离子体气动激励特性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51007095
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
21.0万
负责人：
宋慧敏
依托单位：
中国人民解放军空军工程大学
学科分类：
E0705.高电压与放电
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
贾敏；梁华；吴云；王健；李益文；
关键词：
超音速纳秒脉冲放电等离子体气动激励亚音速等离子体流动控制

项目摘要

等离子体流动控制，作为基于"等离子体气动激励"的新概念主动流动控制技术，可能在改善飞机气动特性方面发挥重要作用。纳秒脉冲放电等离子体流动控制，是2005年以来等离子体流动控制领域的重要发展方向和研究前沿，机理尚不清晰。项目主要研究亚音速、超音速条件下纳秒脉冲放电机理，以及放电等离子体气动激励特性。采用高时间分辨的放电电压-电流、发光图像和发射光谱测试手段，揭示不同来流速度条件下的纳秒脉冲放电机理；采用粒子图像测速仪和高速纹影测试系统，结合数值仿真，研究气动激励诱导的速度场和涡量场；建立等离子体与流体相互作用的数学模型，改变纳秒脉冲参数，研究不同来流速度条件下纳秒脉冲稳定放电的条件，掌握纳秒脉冲参数、放电特性、等离子体气动激励特性与流动控制效果之间的关系。项目研究可为亚音速、超音速飞行器等离子体流动控制提供必要的理论基础和技术支撑。

结项摘要

等离子体流动控制，作为基于“等离子体气动激励”的新概念主动流动控制技术，可能在改善飞机气动特性方面发挥重要作用。纳秒脉冲放电等离子体流动控制是等离子体流动控制领域的重要发展方向和研究前沿，机理尚不清晰。本项目提出研究亚音速、超音速条件下纳秒脉冲放电机理，以及放电等离子体气动激励特性，可为亚音速、超音速飞行器等离子体流动控制提供必要的理论基础和技术支撑。.　　根据项目任务书中承诺的研究目标，开展了深入、细致的研究工作。完善了等离子体气动激励实验系统，揭示了放电等离子体特性和等离子体气动激励诱导流动特性。在亚音速来流条件下，研究了纳秒脉冲放电的稳定放电条件与规律。采用线-线电极布局激励器，随着脉冲电压、重复频率等参数变化，放电存在增强型、减弱型、过渡型三种放电模式；在一定范围内增大脉冲幅值可以使放电增强，增加脉冲重复频率可以提高放电的稳定性。当来流速度低于100m/s时，气流对纳秒脉冲介质阻挡放电特性的影响比较小；来流速度大于200m/s时，存在不同位置的放电通道被气流吹熄的现象，表明放电被减弱。建立了等离子体放电的反应动力学模型和等离子体-流体耦合仿真模型，将等离子体放电、能量传递和流体响应过程融合在一起，得到了更为精准的温度场、压力场和速度场响应特性。针对47°后掠钝前缘三角翼，最佳的激励位置在机翼最前缘处；无量纲频率对应F+=1.5时控制效果最好；随激励电压的增大，最大升力系数增大，流动控制效果更好。.　　研究获得了超音速条件下纳秒脉冲介质阻挡放电的稳定放电条件与规律，气体击穿与电场强度值有关，而与电场强度变化率无关；着火电压大小受超音速气流密度波动的影响显著，而受气流速度影响小。纳秒脉冲火花放电等离子体气动激励控制长方体脱体激波的实验表明，施加激励后，脱体激波离长方体的距离增加，激波强度减弱；随着激励电压值的增加，长方体头部的放电区域增加，激波强度减弱；施加相同激励电压时，逆气流激励对脱体激波的影响比顺气流激励大，流动控制效果好。.　　撰写Aeronautics and Astronautics中的1章（Plasma Flow Control）；发表研究论文9篇，其中：SCI收录4篇，EI收录5篇；此外，核心期刊录用论文2篇。培养硕士研究生2名；获授权国防发明专利2项，申请国防发明专利1项；参加国际学术会议2人次、国内学术会议3人次。