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合成射流激励器及在主动流动控制中的应用

李斌斌  
【摘要】: 主动流动控制是航空航天研究的热点,也是流体力学研究的前沿。合成射流激励器独特的流场特性及其在主动流动控制中潜在的优越性,已成为国际上研究的热点课题。本文以实验研究为主,对合成射流激励器的工作机理及其在射流矢量偏转控制中的应用进行了研究。 由于合成射流流场结构具有高度的复杂非定常特性,本文首先采用非接触瞬态流场测试技术-PIV对圆形出口合成射流激励器的流场结构进行了研究,通过改变激励器的出口孔径、出口长度、出口形式与振动膜幅值等参数,研究了上述参数变化对激励器共振频率、速度和激励器效率的影响特性,为高效合成射流激励器的设计和优化奠定了基础。 在此基础上,设计研制了一种新型的斜出口合成射流激励器,开发了适用于该激励器流场特性测试的PIV实验装置,结合相位锁定技术对斜出口合成射流激励器的非定常流场结构进行了研究,分析比较了阵列式斜出口与平直出口合成射流激励器流场结构的区别。结果表明:右斜出口激励器仅在出口左侧边缘形成集中旋涡,在右侧形成附壁射流,补充激励器内部质量的空气来自于尖锐出口左侧,时均流场呈现沿壁面的横向输运特性。其流动特性十分有利于进行边界层/剪切层流动控制。 最后,对斜出口合成射流流激励器在射流矢量偏转控制中的应用进行了探讨。实现了合成射流对宏观低速主射流偏转控制,射流最大偏转角可达24°。通过改变激励频率、激励电压、激励位置、激励高差和实验风速等参数,研究了不同参数对射流矢量偏转控制的影响,实现了主射流偏转角的比例控制。实验中主射流速度V=10m/s,合成射流与主射流动量比为1:43时,主射流偏转角仍可达13°,此时合成射流激励器消耗的能量仅为1.5W,实现了以小的能量消耗获取高的控制效益。


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