[发明专利]组合式等离子体流动控制装置及其调控进气道激波/附面层干扰流动分离的方法

说明书

提供一种组合式等离子体流动控制电路系统，包括进气道简化模型(3)，激波发生器(4)，脉冲电弧放电等离子体激励器(1)，脉表面介质阻挡放电等离子体激励器(2)，圆柱形垂直通孔(5)，脉冲电源(6)。还提供一种组合式等离子体激励调控进气道激波/附面层干扰流动分离的方法。通过组合式等离子体激励控制装置，一方面利用流向阵列式高频小能量脉冲电弧等离子体冲击波激励，实现对进气道入射激波的持续扰动，从而削弱激波强度；一方面利用表面介质阻挡放电等离子体冲击波激励诱导展向旋涡结构，促进边界层转捩，从而提高抑制流动分离的能力。

技术领域

本发明涉及一种等离子体主动流动控制技术，具体涉及一种调控进气道激波/附面层干扰流动分离的方法及相应的组合式等离子体激励器。

背景技术

涡轮冲压组合动力是近空间高速飞行器发展的核心技术。新一代涡轮冲压组合动力工作速度范围宽广(0-4.5Ma)，涡轮与冲压工作模态往复切换，给宽速域、低损失、弱畸变进气道气动设计带来很大挑战。进气道在非设计状态条件下容易产生复杂的三维激波/附面层干扰问题，由激波强逆压梯度诱导的流动分离，会导致进气道总压损失与流场畸变，总压损失直接影响发动机推力，流场畸变则会向下游传播，严重时导致燃烧室局部发生边区燃烧。所以，有效调控进气道激波/附面层干扰流动分离是发展涡轮冲压组合动力的重大需求。目前，响应快、强度大、频带宽的等离子体流动控制技术，是激波/附面层干扰流动控制领域的重要发展方向。等离子体激励同时具有热效应、冲击效应、物性改变和频率耦合等多种控制机理，是调控激波/附面层干扰流动分离的有效途径。

抑制由激波/附面层干扰诱导的流动分离，一方面可以通过削弱进气道入射激波强度，减小激波前后的强逆压梯度，进而调控激波后的分离泡大小；一方面可以在进气道上游边界层施加扰动，促进上游边界层掺混，使边界层发展为完全湍流，提高边界层抑制流动分离的能力。目前，流向阵列式高频小能量脉冲电弧等离子体冲击波激励可有效减弱激波强度，通过流向阵列式激励的接力作用，可将原来的一道强斜激波转变为流向弱压缩波阵面，使激波强度大大减弱；而表面介质阻挡放电等离子体冲击波激励可以诱导展向旋涡结构，促使分离剪切层失稳以及附面层掺混，通过周期性旋涡的形成、脱落实现对边界层的促湍。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种组合式等离子体流动控制装置，其特征在于，包括进气道简化模型3，激波发生器4，脉冲电弧放电等离子体激励器1，表面介质阻挡放电等离子体激励器2，圆柱形垂直通孔5；其中

进气道简化模型3为中空长方体形壳体，内部开有长方体通孔，用来模拟二维进气道构形，气流从左入口进，从右出口出，进气道简化模型3采用绝缘材料制成；

激波发生器4为三棱柱体斜坡，通过螺栓固定于进气道简化模型3上壁面的内表面，用来模拟产生在来流条件下进气道进口产生的入射斜激波；激波发生器4采用绝缘材料制成；

激波发生器4前方的进气道上壁面加工有圆柱形垂直通孔5，具体个数根据需要确定，用于安装脉冲电弧放电等离子体激励器1；圆柱形垂直通孔5沿流向阵列排布，流向间距相等；

脉冲电弧放电等离子体激励器1的形状为圆柱形，主体采用绝缘介质材料制作，直径略小于圆柱形垂直通孔5直径以便于放入，脉冲电弧放电等离子体激励器1的正、负两个放电电极贯穿绝缘介质圆柱并置于其中，正、负两个放电电极在绝缘介质圆柱中对称放置且彼此平行，正、负两个放电电极下端与绝缘介质圆柱上表面齐平，正、负两个放电电极上端穿出绝缘介质圆柱下表面并与导线相连；

整个脉冲电弧放电等离子体激励器1固定于圆柱形垂直通孔5中，脉冲电弧放电等离子体激励器1下表面与进气道上壁面齐平，脉冲电弧放电等离子体激励器1上表面与进气道外表面齐平，沿流向共有N组脉冲电弧放电等离子体激励器1，分别为第一、第二、...第N脉冲电弧放电等离子体激励器1-1，1-2，...1-N，相邻脉冲电弧放电等离子体激励器1之间流向间距相等；