等离子体激励的流动机制及其体积力模型构建

Plasma active flow control is a new technology which may promote the performance of aircraft significantly, and is also an important burgeoning research direction in international aerodynamics and plasma physics. In order to explore the mechanism and effect of high-speed flow control by plasma actuation and establish a series of complete bofy force mathematic models,this project intends to study the control effect of plasma actuation on the high-speed flow by means of a combination of static experiments,high-fidelity numerical simulation and wind tunnel experiments,measure the intensity and distribution of the plasma body force, establish a series of plasma mathematic models and method of numerical simulation.This project will also create a new technique for the high-speed flow control by plasma actuation and investigate the relationship between the electric variables of plasma actuation and the aerodynamic performancs and parameters such as Mach number and angle of attack. Finally，this project will study the influence of different plasma actuation on the shock/boundary-layer interaction and stall, and provide technique reference for the practical application of the plasma flow control in engineering application.

等离子体主动流动控制是一种可以明显改善飞行器性能的新技术，也是空气动力学和等离子体物理领域的新兴重点研究方向。为探索等离子体激励的流动机制，进而建立完备的体积力数学模型，本项目采用地面静态实验、数值模拟和风洞实验相结合的方法，精确测量等离子体的体积力强度和分布，研究在不同工况下等离子体激励作用机制，建立系列化的完备等离子体体积力数学模型及其数值计算方法，发展一种适用于高速流动的等离子体流动控制新技术。研究不同激励器和等离子体控制电参数与来流马赫数、迎角和气动特性的关系，探索不同控制参数对高速流动的控制作用，研究高速流动下等离子体对激波和失速特性的影响规律，为等离子体流动控制的工程应用建立技术基础。

等离子体主动流动控制是一种可以明显改善飞行器性能的新技术，但目前由于其可控流速较低，且流动控制机理尚不明确，使得等离子体流动控制新技术的应用受到限制。为了探索等离子体流动控制机制以及将等离子体流动控制应用于高速流动，本项目采用地面静态实验、数值模拟和风洞实验相结合的方法，探索等离子体激励的流动机制、建立等离子体体积力数学模型及数值计算方法，并发展一种适用于高速流动的等离子体流动控制新方法。主要研究包括：1）静止大气下等离子体气动激励的流场特性；2）建立不同工况下的完备等离子体体积力模型；3）研究控制电参数对高速流动的控制作用。取得的重要结果有：1）精确测量了等离子体气动激励速度场压力场与密度场，且证明了等离子体诱导涡具有自相似性；2）自主设计了微小压力测量装置并应用于等离子体诱导微小压力的测量；3）建立了适用于不同工况的等离子体体积力模型，可通过等离子体诱导流场的地面实验的结果快速计算风洞试验的数据；4）国内外率先采用低能耗交流电源实现马赫数Ma=0.5时翼型流动分离控制；5）研发了用于旋翼等离子体流动控制系统，解决了旋翼等离子体流动控制实验高压电加载难题，并建立了旋翼高速旋转时流场数据同步实时获取技术。.依托本项目，发表学术论文13篇，其中SCI检索5篇，EI检索6篇；获发明专利授权2项，获实用新型专利授权1项，受理专利申请3项。相关技术成果已为解决直升机旋翼动态失速控制提供了一种新思路，为等离子体流动控制应用于高速流动提供了一种新方法，为实现低成本的流动控制应用奠定了技术基础。