课题基金 / 基金详情

等离子体空气动力与热激励耦合特性及防结冰机理研究

批准号:
12072284
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
孟宣市
依托单位:
学科分类:
多场多介质耦合与流动控制
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孟宣市

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
申请人及其团队近年来发展了一种基于交流高压驱动的表面介质阻挡放电等离子体激励新概念防结冰方法,该方法没有复杂的机械构造和潜在的气动耗损,可以满足层流控制、复合材料、全电驱动等创新性航空技术的应用给传统防结冰方法提出的新需求。目前,等离子体激励防结冰的可行性与有效性得到了验证,但是因为等离子体激励防结冰过程中表现出来的强多物理场耦合特性、多时间尺度过程,使得其作用机制尚不明确。本项目致力于探究(1)等离子体空气动力激励与热激励耦合机制;(2)基于多物理场耦合机制的等离子体防结冰机理两个科学问题。拟研究内容包括:(1)等离子体气动激励与热激励耦合特性研究;(2)等离子体多物理场耦合防结冰特性与机理研究;(3)等离子体激励防结冰与流动控制一体化设计方法研究。研究包含了等离子体物理特性、流动控制机理、结冰机理、防结冰机理等众多流体力学前沿方向,在航空领域具有重要的科学研究价值和很好的应用前景。
英文摘要
In recent years, the application of innovative technologies in the field of aerospace, such as laminar flow control, composite materials, and all-electric drives, seems to be a great challenge to traditional anti-icing systems. A new concept of anti-icing based on Alternative-Current-driven Surface-Dielectric Barrier Discharge (AC-SDBD) plasma actuation is developing by the applicant and his team. This method has no complicated mechanical structure and potential aerodynamic loss and can satisfy the new demand for anti-icing methods due to the development of innovative technologies. At present, the feasibility and effectiveness of anti-icing using AC-SDBD plasma actuation have been verified. However, due to the strong multi-physics coupling characteristics and multi-time-scale processes shown in the plasma anti-icing process, the mechanism of actuation is not yet clear. This project intends to study on exploring (1) plasma aerodynamic actuation and thermal actuation coupling mechanism; (2) plasma anti-icing mechanism based on multi-physics coupling effects. This project intends to study (1) the coupling mechanism of plasma aerodynamic and thermal effect; (2) the characteristics and mechanism of anti-icing for plasma multiphysics coupling effects; (3) the integrated design of plasma actuation anti-icing and flow control. This research includes many frontiers of fluid mechanics such as plasma physical characteristics, flow control mechanism, icing mechanism, anti-icing mechanism, etc. It has important research value and good application prospects in the field of aviation and aerospace.
飞行结冰现象严重威胁飞行安全,基于高压交流信号驱动的表面介质阻挡放电等离子体(AC-SDBD)激励技术在近年来的防/除冰领域获得了广泛关注。AC-SDBD等离子体激励技术具有高能量转换效率、兼具流动控制与结冰控制功能、适用于复合材料与全电动飞行器等特点,能够满足新一代飞行器对结冰控制和流动控制的双重需求。然而,目前对于等离子体激励防结冰机制的理解尚不充分,本项目致力于探究等离子体激励热效应的掺混特性,以及在防结冰过程中气流、过冷水滴与积冰的动态演化机理,并以典型翼型为研究对象,探究AC-SDBD等离子体激励在不同工况下的防结冰效果,阐明其结冰控制与流动控制机制。..主要研究内容包括:(1)建立了多物理场耦合测量系统,探究了静止大气条件下不同激励参数对诱导流场与温度场的影响以及等离子体激励在不同流态边界层内的传热特性;(2)在翼型模型上设计了三种布局形式的等离子体激励器,利用基于过冷水滴示踪的图像测速技术(SWDIV)研究了翼型结冰与防结冰过程的流场特性与积冰动态演化过程。通过平面泊松法重构了流场压力分布,使用水滴的迹线分析了翼型前缘水收集系数,结合功耗对比,分析了等离子体激励防结冰特性与机制。(3)通过PIV技术对比了三种布局等离子体激励器在翼型流动分离控制方面的特性,为等离子体流动控制与防/除冰一体化设计提供了参考。..重要的结论如下:(1)等离子体激励产热主要通过启动涡和贴壁射流向下游传递,空间流场与温度分布特征基本一致。等离子体激励的电离热占总热能的95%,壁面由于诱导射流扫掠而升温,因此温度较低并且对非定常激励的响应频率也更低。等离子体激励产生的热量主要限制在边界层流动范围内。(2)在结冰来流条件下开启等离子体激励,会改变翼型前缘水收集系数分布,对吹型与顺吹型在所有实验温度条件下均能有效防冰,对吹型功耗最小(1.75 - 2.80 kW/m2),逆吹型在低温时会失效。(3)在流动分离控制方面,对吹型布局能推迟流动分离约2°,而顺吹型和逆吹型布局影响较小。SWDIV与PIV相比,平均速度误差为2.61m/s(17.4 %U∞),平均角度误差为5.36°。综合评价表明,对吹型布局在流动控制、防结冰效果及功耗方面表现最佳。..本项目的研究成果为等离子体激励在流动控制、结冰控制的机理研究以及等离子体流动控制与结冰控制一体化设计提供理论支持与参考。
基于等离子体协同射流控制的翼型动态失速特性研究与机理探索
  • 批准号:
    12472275
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.40万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    孟宣市
  • 依托单位:
等离子体激励对低雷诺数下翼型层流分离特性的影响及机理研究
  • 批准号:
    11672245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    孟宣市
  • 依托单位:
等离子体激励对飞行器纵向气动力特性的影响及机理研究
  • 批准号:
    51107101
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    孟宣市
  • 依托单位:
国内基金
海外基金