为了进一步提高等离子体流动控制技术的工程应用价值, 最近一篇研究论文在100 m/s风速下开展了新型等离子体气动激励控制某型无人机失速分离的实验研究, 初步分析了控制机理.

这篇名为“高风速下介质阻挡放电等离子体对某型无人机失速分离的控制”的研究论文即将发表于《中国科学: 物理学力学天文学》英文版2014年第6期. 该论文采用流动显示与测力实验相结合的方法, 研究了等离子体气动激励对无人机失速分离的控制, 由西北工业大学航空学院张鑫博士研究生担任通讯作者撰写.

介质阻挡放电等离子体流动主动控制技术作为一种新型流动主动控制技术, 通过在飞行器翼面布置电极组, 能够有效控制飞行器表面绕流边界层的转捩和分离, 提高飞行器升阻比和失速迎角. 该技术预期可用于高空长航时无人机、先进大型运输机、战略轰炸机、战斗机气动设计和改进, 扩大飞行迎角, 提高机翼可用迎角和舵面操纵效能, 提高升力, 减小阻力, 从而显著提高飞行器的性能.因此, 该技术在未来飞行器研制中有重大应用前景. 从国内的研究文献来看, 介质阻挡放电流动主动控制技术的研究多数停留在低风速范围内, 来流马赫数不超过0.1, 而在实际飞行中, 飞行器飞行速度多在100m/s 以上. 因此, 为使等离子体流动控制技术具有实际应用价值, 就必须提高等离子体在高风速下的控制能力.

该研究的创新之处在于首次采用整个金属模型作为下层电极, 发展了一种新型的等离子体激励器, 显著提高了等离子体在高风速下的控制效果. 研究结果表明：（1）这种新型的激励器不仅能产生诱导气流, 而且能与边界层相互耦合, 演化产生旋涡结构, 促进边界层中的低能流与边界层外的高能流发生掺混, 向边界层注入能量, 抑制边界层的失速分离（如图1）；（2）在来流风速100m/s 的情况下, 该激励器能较好地抑制无人机绕流流场分离, 失速迎角推迟约30%, 升阻比最大提高80%.

图1 等离子体激励器周围的流场情况

该研究对于提升等离子体在高风速下的控制能力具有参考价值, 对于提高等离子体流动控制技术的工程化应用程度具有重要意义.

研究得到了武器探索研究项目(批准号: 7130711)资助.

来源论文：

ZhangX, Huang Y, Wang W B, et al. Unmanned air vehicle flow separation control usingdielectric barrier discharge plasma at high wind speed. SCI CHINA Phys MechAstron, 2014, 57(6): 1160-1168