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随着自动控制、电子信息、人工智能、复合材料等技术领域的快速发展,主动流动控制技术近年来发展成为拓展和完善飞行器在非设计状态下气动参数的重要手段。表面介质阻挡放电(Surface Dielectric Barrier Discharge,-SDBD)等离子体激励作为主动流动控制技术中发展较快的分支,因其结构简易,响应快,能耗低和鲁棒性好等特点,迅速被研究者们广泛的应用在各种流动现象的研究中。大迎角下,飞行器的气动性能和其表面分离流动状态密不可分,已有的研究证明主动流动控制技术在分离流动的抑制和利用方面具有明显的效果,因此成为提升其大迎角下气动性能的重要手段。本文以探究SDBD等离子体激励下的分离流变化特性和流动控制机理为研究目标,以圆锥前体和飞翼布局飞行器为研究对象,以风洞实验技术为具体研究手段,利用连续交流(Alternating Current,AC-)和纳秒脉冲(Nanosecond pulse,NS-)等离子体激励对目标流动分离进行主动流动控制,实现对分离流的有效控制和利用,并对控制机理进行阐述,为下一步等离子体流动控制技术的实际应用提供了可靠的技术基础和机理参考。第一,在无来流条件下的静止大气下,比较研究了AC-和NS-SDBD两种等离子体激励的诱导特性,分析两种激励诱导物理场的形成原因和变化规律。研究结果表明:AC-SDBD等离子体激励依靠其掩埋电极一侧诱导形成的贴壁面射流影响流动,体积力作用明显;通过应用厚介质阻挡放电层,实现了对其诱导风速和推力的显著提升,推力随激励电压的变化在对数空间内满足一定规律;非定常激励模式可通过调节占空比,实现对诱导旋涡尺寸和涡量的调节。NS-SDBD等离子体激励依靠其瞬时高压脉冲产生的热效应影响流动,该热效应在微秒,毫秒和秒时间尺度下分别表现为组合压缩波,热扰动和启动涡过程。第二,采用激励器与模型壳体相融合的构型方式,将厚介质层AC-SDBD等离子体激励应用于细长体非对称分离涡的控制中,将对其有效控制风速提升至40 m/s,左、右舷等离子体定常激励通过改变两侧旋涡流动的分离状态,非对称流场实现了在两个稳定状态之间的切换;非定常激励通过调节占空比实现对左、右舷激励器工作时间的调整,进而控制两侧等离子体激励向附面层的动量注入,实现了分离涡流场由一个稳态向另一个稳态的过渡,具体过渡形式由占空循环激励频率决定。第三,实验风速42 m/s,雷诺数为3.09×10~5时,通过NS-SDBD等离子体激励对圆锥模型侧向力/力矩的控制有效,同时,从微秒和秒两个时间尺度下热效应的表现形式分析可知NS-SDBD的诱导具有方向性,集中于掩埋电极一侧。比较不同布局的激励控制结果可知,对分离涡的激励控制需在方位角正负80°和90°之间,一旦流动开始加速,进入分离状态,以小扰动为影响形式的NS-SDBD等离子体激励将无法有效控制非对称旋涡流场。第四,以飞翼布局飞行器机翼分离流动为目标流场,应用布置于机翼前缘的NS-SDBD等离子体激励器对全机纵向气动特性进行控制,有效控制风速为30 m/s。通过机翼前缘的NS-SDBD激励控制,最大升力系数提升7.5%,俯仰力矩系数降低11.6%,失速迎角推迟3°;比较不同布局的等离子体激励可知,小迎角下流动分离首先出现在机翼前缘外侧,随着迎角增加,分离点逐渐向前缘内侧上游移动,在不考虑激励器控制效能的前提下,全展长激励的控制效果最好。