补气式等离子体射流发生器实验研究.pdf

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAs”0naulicaSinicaJun．252016V01．37No．61713-1721ISSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cn补气式等离子体射流发生器实验研究刘汝兵1’2’3’4，王萌萌h2，郝明1’2，林麒1’2～，王晓光1’2a41．厦门大学航空航天学院，厦门3610052．福建省等离子体与磁共振重点实验室，厦门3610053．中国飞行试验研究院，西安7100894．飞行仿真航空科技重点实验室，西

2、安710089摘要：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150Hz，幅值为50kV，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

3、，高射流速度的工作频带由单点扩展到100Hz，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。关键词：等离子体射流；单向阀；补气式发生器；射流特性；合成射流中图分类号：V211．7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)06—1713一09基于火花放电的等离子体射流技术是等离子体主动流动控制技术的研究热点之一，2003年由美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室首先提出该类型的火花放电等离子体合成射流发生器Ⅲ，由于其产生的射流局部最大瞬时速度高达上百米每秒，对于高速来流流动尤其是超声速

4、来流具有良好的主动控制效果，逐渐为国内外学者所关注。近十多年来，美国约翰霍普金斯大学[1。6]、佛罗里达农工大学[5-6]、佛罗里达州立大学¨“、德克萨斯州立大学[81o]、罗格斯新泽西州立大学[1Iz]、美国国家航空航天局(NASA)[iz]、伊利诺伊大学[13“14]、法国图卢兹大学及宇航研究中心(0NERA)[15。17]、韩国Ulsan大学[j胡及南京航空航天大学[19-2J]、空军工程大学[21。2⋯、国防科学技术大学口4271等单位相继开展了火花放电等离子体合成射流的理论分析、粒子图像测速(PIV)或纹影实验及数值模拟研

5、究。国外和国防科学技术大学的学者已经应用火花放电等离子体合成射流在超声速来流下进行了流动控制实验研究‘8。1¨“27]。火花放电等离子体合成射流发生器采用腔内火花放电形式，工作循环中仅依靠射流出口进行吸气复原，回填气体量有限。随着发生器工作时间增加，吸气复原阶段所需时间拉长，吸气量不足，射流速度显著减小，发生器工作频率受限，产生的射流能量难以提高。收稿日期：2015—10—20；退修日期：2015．12—27；录用日期：2016—01—27；网络出版时间：2016·02—2211：27网络出版地址：WWW，cnki．net／kcms

6、／detail／111929V．20160222．1127．008．hlmI基金项目：航空科学基金(20141368007)*通讯作者Tel：0592．2183216E-mail：qilin@xmu．educn礅穗棒武I赳汝兵，壬萌萌．都睛。等补气式等离子_唪射流发生器实验研究!山．航空学报．2016．37(6)：1713—1721．uuRB。WANG^彳M，HAOM．etalExperimentalresearchonairsupplementingtypeplasmasyntheticjetgeneratorFJJActaAer

7、onauticaetAs—tronauticaSinica，2016．37(6)：1713一t72

8、．航空学报本文提出一种补气式火花放电等离子体射流发生器，以解决上述问题。文中对其结构和工作原理进行了详细描述，在不同加载电参数下，研究不同类型单向阀对发生器射流特性的作用，并采用正交实验法寻找补气式发生器的最优工作电参数，以获得最高的合成射流速度。1实验装置常规的火花放电等离子体射流发生器的结构与工作原理如图1所示[3]。它由一个开有出口孔缝的绝缘腔体和一对电极组成，形成一个射流需经历三个阶段，即在腔体内进行火花放电，产生等离子体(见

9、图1(a))；放电伴随的高温加热腔内气体，使其温度和压力快速升高，从而由出口快速喷出，形成可用于流场控制的气体射流(见图1(b))；瞬间完成射流导致腔体产生负压以及温度下降，随后外部气体乘虚充填腔体，准备下一次放电和射流的形成(见图1