等离子体激励对飞行器纵向气动力特性的影响及机理研究

现代新型战斗机通常被要求具有良好的超机动性能，也即大迎角时具有良好的稳定性和足够的操纵力矩，这就要求战斗机在爬升至大迎角时具有良好的升力特性，而在做俯冲时则具有足够的低头控制能力。而由于大迎角时各操纵面效率下降, 甚至丧失, 因此需要对超机动飞行所形成的复杂流动进行控制。本项目组利用等离子体激励对分离涡进行主动控制，实现了对飞行器细长前体大迎角下横向力与力矩的近似线性控制。本申请将进一步利用等离子体激励，以升力体边条翼鸭式气动布局为研究对象，通过在不同气动部件上布置不同形式的激励器，对大迎角下分离涡流场进行主动控制，通过风洞实验研究等离子激励对飞行器纵向气动特性的影响，并对控制机理进行探索。主要目的是实现等离子体对飞行器低速、大迎角下纵向力与力矩的有效控制。本项目的研究有利于改善我国先进布局战斗机在大迎角机动方面存在的操作性、稳定性问题，对提高飞行器过失速机动能力具有很好的应用价值。

本项目研制了高效等离子体发生器，研究了等离子体激励电压和物理参数、等离子体与流动相互作用机制、等离子体对大迎角下战斗机各部件流场激励效果，给出了等离子体对升力体布局纵向力与力矩控制规律。突破了等离子体占空循环控制、电磁干扰下PIV测量等关键技术。实现了等离子体激励流场的PIV显示、纹影显示、升力体布局升/阻力流场有效控制，给出了不同迎角范围升力体布局等离子体流动控制规律。主要研究内容及成果如下：. 1，针对国内外先进高压电源进行了二次研发，研制成功了具有占空循环功能的连续交流介质阻挡放电（AC-DBD）等离子体电源系统、纳秒脉冲阻挡放电（NS-DBD）电源系统，对两套系统的空间电磁干扰强度和分布进行了测量，进行了防电磁干扰处理；通过风洞控制、风洞测量、等离子体电源三套单独地线系统基本解决了等离子体流动控制的电磁干扰影响。 . 2，通过2D-PIV技术对AC-DBD等离子体诱导流场进行了观测；结合2D-PIV和纹影技术对NS-DBD等离子体进行了研究；给出了上述两种等离子体激励器不同优化准则；通过对激励器材料、几何、电学参数的系列化研究，设计了高效的等离子体激励器。结果表明：对于AC-DBD，其优化准则为激励器诱导速度场最大速度值及其分布范围；对于NS-DBD，其优化准则为30微秒内激波强度。. 3，在0°-90°迎角内，给出了不同风速、不同布局干净全机纵向气动系数，给出了不同风洞、不同迎角段数据精度；利用丝线技术对全机在0°-56°迎角范围内表面流动进行了显示，给出了全机各部件流动随迎角的变化特性，用于对等离子体控制机理进行阐述。结果表明：鸭翼对升力贡献很大，增升控制可以在鸭翼进行；同时，鸭翼对抬头力矩的贡献也很大，要减小抬头力矩，需要破坏鸭翼升力。. 4，在0°-56°迎角内，研究了等离子体激励对天平的干扰及误差范围；研究了不同部位等离子体激励对全机纵向气动力随迎角、风速的变化特性研究。给出了施加AC-DBD、NS-DBD控制的规律。结果表明：鸭翼激励器工作升力系数提升量大于主翼激励器工作；对主、鸭翼同时控制升力增加量不等于分别控制之和；主翼激励器工作，俯仰力矩系数降低；鸭翼激励器工作，俯仰力矩系数升高；主翼和鸭翼激励器工作在小迎角下实现减阻的控制目的，但在迎角大于20°后阻力略有提升；NS-DBD在高风速下表现良好。