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2017年  第2卷  第6期

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流动控制专题
三电极等离子体合成射流激励器工作特性参数影响实验
王林, 罗振兵, 夏智勋, 周岩, 邓雄
2017, 2(6): 1-8. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.06.001
49 2
摘要:
采用放电测量和光学诊断技术对三电极等离子体合成射流激励器放电特性及流场特性进行了实验研究，分析了放电电容、激励器腔体体积和射流出口直径对三电极等离子体合成射流流场分布及速度特性的影响.实验结果表明：三电极等离子体合成射流激励器放电过程包含触发、放电增强、放电衰减和电弧熄灭4个阶段，表现出典型的欠阻尼放电特征；等离子体合成射流流场包含射流主流、"前驱激波"和复杂的反射波系.放电电容、腔体体积和射流出口直径均存在一阈值，当电容和出口直径小于阈值、腔体体积大于阈值时，"前驱激波"以当地声速（约345 m/s）恒速传播，否则"前驱激波"则以大于345 m/s的速度传播，且与射流速度呈现相同的变化趋势，即随着放电电容和出口直径的增加而增大，随着腔体体积的增加而减小.
水平动量注入型等离子体合成射流激励器工作特性
张宇超, 谭慧俊, 程林, 何小明, 黄河峡, 庄逸, 张悦
2017, 2(6): 9-17. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.06.002
87 2
摘要:
等离子体合成射流控制技术因其具有不需要外部气源、工作频带宽、射流速度高、射流净质量通量为零、低功耗、激励器形式多样、环境适应性强等特点，成为了目前针对高速流场主动流动控制技术中应用潜能大、有望实现实际工程应用突破的流动控制装置.传统的等离子体激励器的出口多为垂直于流向或与流向成一定夹角，故垂直于流向的动量分量会对激励器的流动控制能力产生影响.为增强流向动量注入能力，拟设计一种新型的水平动量注入型等离子体合成射流激励器.主要内容有：采用外部电路电参数测量与高速纹影技术，对激励器常压下单周期工作特性与重频工作特性进行了初步研究.对水平动量注入型等离子体合成射流激励器的射流结构进行了分析，探究了该激励器工作频率对射流流场的流场特性与控制能力的影响.最后在高速纹影测量的基础上，开展了激励器高频工作时均出口动压的研究.实验表明：水平动量注入型激励器单周期射流初始速度达到220 m/s，单周期激波初始速度达到477 m/s.此外，工作频率对于激励器的影响主要体现在对激励器控制范围的影响，当激励器工作频率增高时，在相同位置时激励器的动压输入能力下降.
低Reynolds数翼型绕流主动控制技术
朱玉杰, 孙振生, 张炜, 张世英
2017, 2(6): 18-27. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.06.003
83 2
摘要:
在低Reynolds数条件下，翼型绕流的上表面边界层由于抗逆压梯度能力变差容易发生流动分离，从而形成长层流分离泡.分离泡通常是非定常的，会诱发边界层的转捩、再附并形成湍流边界层.这个过程会使翼型的气动性能急剧下降，并伴随着强非线性效应.转捩后形成的湍流边界层也会产生高摩擦阻力.针对这种现象，文章以NACA0012翼型为例，通过隐式大涡模拟研究了有效的主动控制方案.为了统一分离控制技术和湍流边界层减阻技术，研究了在平板或槽道湍流中取得较好控制效果的壁面垂向反向控制方案.首先利用隐式大涡模拟研究了低Reynolds数条件下NACA0012翼型绕流的流场特征.其次分析并验证了反向控制方案在分离区控制流场的可行性，发现反向控制在分离区的作用相当于基于流场信息的壁面抽吸控制，且控制具有实时性和高效性，控制抽吸了前缘的低能流体，使得翼型前缘附面层变薄，并增强了其抗逆压梯度的能力，较大程度提高了翼型的气动性能.最后在湍流边界层验证了其减阻控制效果，发现反向控制阻断了流向涡的法向输运，抑制了涡结构的发展，并减弱了猝发过程，使得湍流的高摩阻力得到了有效降低.
跨声速盒式翼布局双翼气动干扰研究
卓梅芳, 蒋崇文, 李椿萱
2017, 2(6): 28-38. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.06.004
78 4
摘要:
盒式翼布局相对常规布局可以很大程度地减小诱导阻力，同时平滑的升力分布有利于减小跨声速激波阻力，但双翼间的气动干扰是跨声速盒式翼布局存在的主要问题.为掌握跨声速双翼气动干扰特性，选用超临界翼型RAE2822作为双翼翼型，对M=0.75，正负交错两种情况下双翼几何参数对布局升阻特性的影响进行数值研究.结果表明，增大双翼的纵向距离可以减弱双翼间气动干扰，使升阻比提高至无干扰升阻比.其中，前翼在下、后翼在上的负交错布局在双翼纵向距离为1.5倍上翼弦长时即可接近无干扰升阻比，更有利于提升布局的升阻特性.负交错时双翼的垂直间距对布局升阻比影响不大，无翼差角且减小前翼弦长有利于提高升阻比.
合成双射流控制机翼水滴撞击特性
蒋浩, 夏智勋, 罗振兵, 邓雄, 杨升科, 刘强
2017, 2(6): 39-47. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.06.005
61 3
摘要:
在低速来流条件下，针对前缘位置嵌有合成射流/合成双射流激励器的机翼的水滴撞击特性开展了数值模拟研究，基于Fluent软件，采用Euler气液两相模型和欧拉壁面液膜（Eulerian wall film，EWF）模型，得到的计算结果表明：在合成射流或合成双射流的主动控制下，阻挡了机翼前缘等积冰重点防护区域内的水滴撞击，从而大幅降低了该区域的结冰强度.其机理是：在高频合成射流的作用下，机翼前缘上游附近形成了一对稳定的闭合回流区，形成了水滴的"真空区域".由于回流区内部水滴速度和质量分数较低，改变了机翼前缘水滴运动轨迹和水滴收集率分布，能够减少机翼前缘结冰程度并改变冰形，起到了虚拟气动外形的作用.
研究论文
折叠翼面展开过程中气动载荷特性数值模拟
范国芳, 李强, 操小龙, 罗金玲
2017, 2(6): 48-53. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.06.006
50 7
摘要:
针对某飞行器翼面高速展开过程，采用定常和非定常数值模拟两种不同方法，进行折叠翼面展开过程气动载荷分析研究，其中定常方法主要研究翼面从折叠到展开过程中不同展开角下外翼面的气动特性，分析展开角、来流参数对外翼面气动力的影响；非定常方法主要模拟折叠翼面展开角速度变化，从而获得典型工况下翼面展开过程的载荷情况，分析非定常效应对气动载荷的影响.研究发现，当翼面展开速度与来流速度相近时，则非定常效应不可忽略而必须采用非定常模拟方法.
类Apollo返回舱外形肩部热流的数值影响因素分析
丁中航, 吴颂平
2017, 2(6): 54-63. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.06.007
43 4
摘要:
预测类Apollo返回舱外形在高焓来流下的气动热特性，研究网格Reynolds数、壁面温度、多种化学反应模型以及限制器对预测热流的影响.采用ESI-CFD-FASTRAN软件作为数值模拟平台，使用基于温度梯度及分子扩散效应的热流模型；空间离散采用Roe-FDS格式，时间推进采用点隐式；采用等温壁面条件.数值计算表明：（1）热流在返回舱头部驻点处达到一个极值，沿着壁面热流不断下降，经过返回舱肩部热流有突越上升；（2）满足网格Reynolds数小于10的网格获得的热流较为准确；（3）使用Gupta模型计算得到的热流与Park85模型得到的类似，但是获得的热流分布类似；（4）采用湍流模型获得的头部肩部热流结果与层流结果相同；（5）二阶minmod限制器实现了高阶格式，其计算得到的热流结果在肩部略高，但是整体分布略低于不带限制器的格式.因此，在计算中采用满足网格Reynolds数壁面网格，采用带限制器的高阶格式计算获得的热流分布更加准确；由于头部热流主要贡献并非来源于湍流，因此对于肩部热流采用层流模型足够准确.

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