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翼型失速的电磁力控制

刘鹏  
【摘要】: 本文属于电磁流体控制研究领域,主要从实验方面对翼型绕流特别是翼型失速的电磁力控制进行研究。 本文基于描述电磁力(Lorentz力)控制流场流动的无量纲形式的Navier-Stokes方程和电磁场方程,对置于弱电解质溶液中电磁激活板周围的电磁场及产生的电磁力进行了数值模拟,了解其分布特征及其分布规律;采用TMS320F2812(DSP芯片)来组建翼型失速实验控制系统,编写上位机控制界面,灵活改变运动参数,实现位置和速度的控制,模拟实际翼型的动态过程;在此系统的基础上,针对不同攻角、雷诺数和电磁力大小作用条件下的翼型绕流进行实验研究,获取实验结果。包括固定攻角和可变攻角两种情况下,翼型绕流的电磁力控制过程的流场分离及涡的演变特性,以及翼型在不同条件下,尤其是出现失速现象前后所受阻力及升力的变化情况等等。 结合相关理论知识分析和讨论实验结果,得到结论如下: (1)数值模拟结果表明,电磁激活板产生的电磁力呈周期性的脉动分布,在流体流动法向上迅速衰减。 (2)翼型失速实验控制系统可以方便选择翼型体的运动方式,实现位置和速度的灵活控制。翼型的攻角定位精度为0.9°,能够满足实验要求。 (3)利用翼型体表面附近分布的电磁场产生的流向电磁体积力,可以明显改变流体边界层的结构,抑制边界层分离,消除尾流涡街。同时有效地提高翼型体的升力,减少阻力。在本文实验条件下,翼型的临界攻角可由30°增大到40°,因而电磁力可以有效地抑制失速现象的发生。


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