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合成射流及在主动流动控制中的应用

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流动控制是航空航天研究的一个热点，也是当今流体力学领域研究的前沿课题之一。流动控制可分为被动控制和主动控制两大类，被动控制使用方便、性能可靠，但当实际情况偏离设计状态时，控制效果会发生恶化。主动控制是在流场中直接注入合适的扰动模式和能量，使其与系统内流动发生某种相互作用实现控制，控制效果可根据实际工况进行自适应调节。高效主动流动控制技术的成功研制和应用，极可能孕育着新一代飞行器的诞生。
　　 合成射流作为一种全新的主动流动控制技术，由于无需气源供应系统，结构简单、响应快、工作频带宽和零质量流率等特点，在流动控制和流体传输领域具有广泛应用。激励器作为形成合成射流的重要部件，如何对其高效设计，以小的能耗获取高的控制效益，是合成射流用于主动控制的关键。
　　 首先，本文以高效合成射流激励器设计为研究目标，对常规合成射流激励器进行了参数优化，应用粒子图像测速仪-PIV系统分析了激励器工作参数和结构参数对射流工作性能的影响。研制出了一种可用于边界层流动控制的高效流体激励器一斜出口合成射流激励器，获取了其流场结构的本质特征与物理模型，并对目前合成射流能量利用效率不高的问题，提出了合成射流组的概念，有效提高了合成射流激励器的能量利用率。
　　 其次，基于对合成射流与主流边界层非定常作用机制的研究，获取了一种适用于边界层分离流动控制的高效流体激励器-合成射流脉冲旋涡发生器，提出了合成射流脉冲流向涡非定常流动控制的概念，获取了脉冲流向涡流场结构及其与主流边界层相互作用的本质特征，并对被动旋涡发生器与主动旋涡发生器对主流边界层速度型的调控特性进行了比较。
　　 然后，提出了以合成射流非定常扰动进行S进气道分离流主动控制的策略，设计研制了可用于高速流动控制的单膜双腔式合成射流激励器，并与被动旋涡发生器和连续喷流主动控制进行了比较。采用合成射流非定常扰动可有效提高出口总压恢复系数、降低流场畸变，为S进气道内流控制研究和工程实用提供了一种新的流动控制途径。
　　 最后，针对合成射流大攻角非对称涡主动控制进行了研究，发明了一种基于合成射流可控高频非定常小扰动大攻角非对称涡主动控制装置(专利号：201110319551.0)。该控制机构可实现以小的能量消耗将大小和方向随机切换的侧向力加以有效控制，使其变为有利于大攻角飞行控制的气动力，且重量轻，扰动频率高，能耗小，几乎不改变飞行器头部外形。

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