不同结构等离子体激励器的流场特性实验研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252011V01．32No91583-1589ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)09—1583—07不同结构等离子体激励器的流场特性实验研究史志伟*，范本根南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016摘要：采用粒子成像测速(PIV)技术，在静止空气中测量了H型、o型和L型3种结构的介质阻挡等离子体激励器的诱导速度场

2、，分析了流场结构，并研究了激励器设计参数对诱导速度的影响。研究结果表明．3种结构的激励器都产生了离开激励器表面向上的射流。其中0型和L型结构的激励器受电极电压的影响比较明显，随着电极电压的增加，射流速度的最大值增大。H型激励器的诱导射流速度受电极极间宽度影响，随着两侧电极间距的增大，所形成的射流速度也越大，并在极问宽度22mm时达到最大值；O型激励器的诱导射流速度受激励器电极直径影响。随着电极直径的增大，所形成的射流速度也越大，在直径30mm时达到最大值；L型激励器的诱导射流方向受电极夹角影响，随着两侧电极夹角的增大，射流从法向射流向平

3、面射流转化。通过对不同结构等离子体射流激励器流场特性的研究，将为等离子体激励器的设计和工程应用奠定基础。关键词：等离子体激励器；粒子成像测速；射流；诱导速度；流场特性中图分类号：V211．7文献标识码：A等离子体流动控制技术是一种新型的主动流动控制技术，其中介质阻挡等离子体激励器是目前研究中最普遍的一种类型。其基本构造通常是两个相互平行的电极，中间由绝缘材料隔开，当施加一个高压高频交流或者脉冲直流信号，就会在界面的空气间隙上产生介质阻挡放电等离子体，并且会对周围空气有一个力的作用。这种新型激励器的主要特点是：没有运动部件、响应迅速、作用

4、频带宽、便于实时控制、结构简单和能耗较低等，它可以通过改变几何尺寸生成复杂流动结构，在流动控制领域有很广阔的应用空间。国外，Malik等[11首先利用电晕放电控制平板边界层，美国田纳西大学(UTK)的Roth[Z]教授从1994年起开展了大气均匀辉光放电等离子体方面的一系列研究。国内，中国空气动力研究与发展中心、空军工程大学等最早开展相关研究。目前关于等离子体激励相关的实验研究包括：平板实验、不同形状电极的实验、翼型的减阻增升抑制分离实验、圆柱尾迹涡控制、控制管道流动的实验、低压涡轮叶栅流动分离控制、低压涡轮叶栅叶顶间隙流动控制及机身表

5、面上的流动控制实验等E3-63。本文采用粒子成像测速(ParticleImageVe-locimetry，PIV)技术，在静止空气中测量了H型、0型和L型3种结构[7]的介质阻挡等离子体激励器的诱导速度场，分析了流场结构，并研究了激励器的电极电压和几何参数对诱导射流速度的影响。1实验系统1．1高压高频等离子体电源实验采用CTP一2000K低温等离子体实验电收稿日期：2010-12·21；退修日期：2011-03·11；录用日期：2011·05—05；网络出版时间：20”-05—1113：47：19网络出版地址：www．cnki．net／

6、kcms／detail／111929．V．20110511．1347．002．htmIDOI：CNKI：11·1929／V．20110511．1347．002基金项目：南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目(NS2010016)*通讯作者．Tel．：025·84896464E·mail：szwam@rlu88．edu．∞鳅用格式I吏志伟。范本根?不碗结构等离子体激励器的流场特性实验研究￡JI．航空学撮。2011．32(9)t1583．1589iShlZhiwei．FanBengen．ExperimentalstudyOftflowf

7、ieldcharacteristicsofdifferentplasmaactuatorsEJ_7．ActaAeronauticaetAstronauticaSini-Ca．20¨．32t9)：1583-1589．1584航空学报Sep252011Vol32No9源．其电压调节范围为0～30kV，中心频率选择范围为1～100kHz，输出电压波形为正弦波。在本次实验中，电极电压的频率固定为8250Hz。1．2等离子体激励器激励器材料选用FR5印刷电路板，板厚为1．5mm，上下表面铺设铜电极，电极厚度为0．035mm。1．3测量系统PIV测

8、试系统是LaVision公司生产的三维P1V系统。该系统采用的激光器为Nd；Yag激光器，激光器的工作频率为15Hz，每个脉冲能量为200mJ，脉宽为8ns。电荷耦合元件(CCD)分辨率为2048像素×20