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合成射流致动器的设计研究

郝礼书  
【摘要】:合成射流技术是国外最近发展起来的一种新概念的流动控制技术。该技术的核心是合成射流致动器,它具有不需要气源和外界质量注入、结构简单、容易实现批量生产和集成等优点。致动器的设计研究直接关系到合成射流技术的进一步发展以及在分离控制、边界层控制、增强混合等方面的应用前景。 本文采用了实验和计算相结合的方法,研究了合成射流致动器设计和出口流动特性,进行了翼型流动控制的实验。主要工作体现在以下几个方面:(1)对二维合成射流的外部流场进行了数值模拟研究;(2)设计了合成射流致动器和其控制电路;(3)对合成射流致动器的外部流场进行了速度测量;(4)进行了合成射流用于YLSG107翼型流动控制的实验尝试。 采用二维非定常不可压N-S方程对合成射流的外部流动进行了数值模拟。结果再现了涡对的生成、迁移和扩散过程以及射流对周围流体存在的卷吸作用。计算了以不同出口速度边界条件及驱动频率的情形,得到了重要的外部流场信息。 实验中设计的电磁式致动器,采用传统的精密技术进行加工,并且通过自行制作的功率放大电路提高了致动器的驱动能量。利用TSI-IFA300热线风速仪系统对致动器喷口外的流场进行了测量。实验研究了在三角波、正弦波和方波三种驱动波形和不同驱动频率下射流场的横向速度和中心线速度分布。结果表明方波产生的合成射流最强,三角波产生的最弱。在喷口不远处,充分发展的二维射流已经形成。该致动器存在两个共振频率,在共振频率下工作,方波分别出现了4.70m/s和4.22m/s的峰值。最后对合成射流用于翼型流动控制进行了实验尝试。实验结果表明本文设计的合成射流致动器对翼型的失速特性有一定的改善,并就存在的问题进行了探讨性的分析和总结。


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