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AC和AC-DC两种电源对不同多级长沙等离子体激励器的激励效果研究

来源:http://cs.rectifier.com.cn/news35406.html   发布时间:2018-12-15 11:43:00

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近年来等离子体流动控制技术受到美俄等发达国家航空领域的关注,其是通过等离子体对其周围气流施加定向作用力改善气动部件动力特性的一种技术手段,对提升飞行器的气动性能具有重要意义,这是目前的研究热点。

等离子体激励器作为一种新型流动控制装置[1,2],其具有无运动部件,可经受较大压力载荷,响应频率高、尺寸小、重量轻,可进行机翼表面无损安装,作用频带宽,可利用微量的、局部的气流扰动来控制大流量、全局性的气流等特性,与其他流动控制相比较,这种利用电离空气形成等离子体,再通过电场驱动等离子体对于其接触的空气进行控制的方法,具有非常明显的优势[3,4]。

介质阴挡放电(Dielectric Barrier Discharge, DBD)等离子流动控制技术基本工作原理是通过向空气施加高压电能,使空气电离产生等离子体,电离后的空气在电场的作用下运动,由于等离子体是由大量带电粒子组成一种非凝聚系统[5,6],当通过电磁场加速这些离子与电子在大气中运动时,会和大气中的中性粒子发生碰撞,影响中性粒子的速度或改变流动方向,在此过程中完成对流动的控制以达到减低阻力的目的。

美国田纳西(UTK)大学的J. R. Roth教授于1994年首先开展了大气均匀辉光放电等离子体的研究[7]。目前等离子体激励相关的实验研究包括平板实验、翼型减阻增升抑制分离流动实验、圆柱尾迹涡控制、控制管道流动的实验、低压涡轮叶栅分离流动控制、机身表面的实验等[8-16]。

实验的激励电源以AC电源和纳秒电源为主,AC电源提供正弦交流电,电压的方向随时间做正弦周期性的变化。在AC电源的基础上加入直流成分,直流电压的大小为交流电的峰峰值,方向为负值,使得交流电输出的正弦电压整体往下移动一个峰峰值大小,因此电源输出的电压均为一个方向。

整个实验通过粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术进行流场测量,使用AC和AC-DC两种电源,采用二级、三级和四级三种等离子体激励器。通过等离子体诱导的气流速度来表征等离子体流动控制能力,衡量等离子体激励器性能,实验发现,在一定范围内,随着电压的增大,AC电源和AC-DC电源对不同多级等离子体的激励效果均增大。相同电压时,随着电极组的数量增加,两种电源的激励效果均增大。在相同电压和相同电极组数时,AC-DC的激励效果要好于AC电源。


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