等离子体激励器对微型飞行器横航向气动力矩控制的实验研究

流体力学与飞行力学

本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索

前一篇 | 后一篇

等离子体激励器对微型飞行器横航向气动力矩控制的实验研究

杜海, 史志伟, 耿玺, 魏德宸

南京航空航天大学航空宇航学院, 江苏南京 210016

收稿日期:2011-11-02 修回日期:2011-12-31 出版日期:2012-10-25 发布日期:2012-10-25
通讯作者: 史志伟 E-mail:szwam@nuaa.edu.cn
基金资助:
南京航空航天大学基本科研业务专项科研项目(NS2010016);南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金(KFJJ20110122)

Experimental Study of Directional-lateral Aerodynamic Moment Control of Micro Air Vehicle by Plasma Actuators

DU Hai, SHI Zhiwei, GENG Xi, WEI Dechen

College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

Received:2011-11-02 Revised:2011-12-31 Online:2012-10-25 Published:2012-10-25
Supported by:
NUAA Research Funding (NS2010016); Foundation of Graduate Innovation Center in NUAA (KFJJ20110122)

摘要/Abstract

摘要： 在前期等离子体激励器基本流场特性研究的基础上,将等离子体激励器应用于微型飞行器(MAV)进行气动控制。当来流速度为9.1 m/s时,在微型飞行器机翼吸力面非对称布置不同的单介质阻挡放电(SDBD)等离子体激励器,通过对未施加激励的偏航、滚转力矩曲线和施加激励的偏航、滚转力矩曲线进行对比,发现横航向气动力距发生很大的改变,可以实现对横航向气动力矩的控制。在此基础上,采用图像测速(PIV)技术,对机翼背风面的流场进行研究,分析产生横航向控制力矩的流动机理。通过改变激励器的输入电压、占空比和调制频率,实现对横航向气动力矩的比例控制。

关键词: 微型飞行器, 等离子体激励器, 流动控制, 横航向气动力矩, 图像测速

Abstract: Base on the existing research of flow field characteristics of plasma actuators, a study is made to apply these actuators to micro air vehicle(MAV) for aerodynamic control. The single dielectric barrier discharge (SDBD) plasma actuators asymmetrically placed on the leeward of the wings of MAVs are found to generate rolling and yawing moments when the flow speed is 9.1 m/s. In addition to force measurement experiment, a flow visualization experiment using particle image velocimetry(PIV)technology is carried out, and the flow control result on leeward is discussed. Base on the above work,the directional-lateral aerodynamic moment control mechanism is analyzed. The ratio control of the rolling and yawing moment is realized through changing the input voltage, duty cycle and frequency of the plasma actuators.

Key words: micro air vehicle, plasma actuator, flow control, directional-lateral aerodynamic moment, particle image velocimetry

中图分类号:

V211.7

杜海, 史志伟, 耿玺, 魏德宸. 等离子体激励器对微型飞行器横航向气动力矩控制的实验研究[J]. 航空学报, 2012, 33(10): 1781-1790.

DU Hai, SHI Zhiwei, GENG Xi, WEI Dechen. Experimental Study of Directional-lateral Aerodynamic Moment Control of Micro Air Vehicle by Plasma Actuators[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2012, 33(10): 1781-1790.

参考文献

[1] Gadelhak M. Flow control: passive, active, and reactive flow management. Cambridge: Cambridge University Press, 2000: 318-343.
[2] Enloe L, Mclaughlin T E, Vandyken R D, et al. Mechanisms and response of a single dielectric barrier plasma actuator: plasma morphology. AIAA Journal, 2004, 42(3): 589-594.
[3] Enloe L, McLaughlin T E, Vandyken R D, et al. Mechanisms and response of a single dielectric barrier plasma actuator: geometric effects. AIAA Journal, 2004, 42(3): 595-604.
[4] Post M L, Corke T C. Separation control on high angle of attack airfoil using plasma actuators. AIAA Journal, 2004, 42(11): 2177-2184.
[5] Lopera J, Ng T T. Aerodynamic control of 1303 UAV using windward surface plasma actuators on a separation ramp. AIAA-2007-636, 2007.
[6] Patel M P, Ng T T, Vasudevan S. Plasma actuators for hingeless aerodynamic control of an unmanned air vehicle. Journal of Aircraft, 2007, 44(4): 1264-1274.
[7] Liang H, Li Y H, Cheng B Q, et al. Numerical simulation on airfoil stall separation suppression by plasma aerodynamic actuation. Journal of Aerospace Power, 2008, 23(5): 777-783. (in Chinese) 梁华, 李应红, 程邦勤, 等. 等离子体气动激励器抑制翼型失速分离的仿真研究. 航空动力学报, 2008, 23(5): 777-783.
[8] Zhao X H, Li Y H, Yue T P, et al. Experimental investigation of flow separation control on highly loaded compressor cascade by plasma aerodynamic actuation. High Voltage Engineering, 2011, 37(6): 1521-1528. (in Chinese) 赵小虎, 李应红, 岳太鹏, 等. 等离子体气动激励抑制高负荷压气机叶栅流动分离的实验研究. 高电压技术, 2011, 37(6): 1521-1528.
[9] Meng X S, Guo Z X, Luo S J, et al. Control of asymmetric vortices over a slender conical forebody using plasma actuators. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2010, 31(3): 500-505. (in Chinese) 孟宣市, 郭志鑫, 罗时钧, 等. 细长圆锥前体非对称涡流场的等离子体控制. 航空学报, 2010, 31(3): 500-505.
[10] Zhang P F, Wang J J, Shi W Y, et al. Experimental study on the separation control by plasma actuator in subsonic flow. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2007, 21(2): 35-39. (in Chinese) 张攀峰, 王晋军, 施威毅, 等. 等离子体激励低速分离流动控制实验研究. 实验流体力学, 2007, 21(2): 35-39.
[11] Li Y H, Wu Y, Zhang P, et al. Experimental investigation on airfoil stall separation suppression by plasma actuation. Acta Aerodynamica Sinica, 2008, 26(3): 372-377. (in Chinese) 李应红, 吴云, 张朴, 等. 等离子体激励抑制翼型失速分离的实验研究. 空气动力学报, 2008, 26(3): 372-377.
[12] Shi Z W, Fan B G. Experimental study on flow field characteristics of different plasma actuators. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2011, 32(9): 1583-1589. (in Chinese) 史志伟, 范本根.不同结构等离子体激励器的流场特性实验研究. 航空学报, 2011, 32(9): 1583-1589.
[13] Li Y H. Development of aero-plasma dynamics and technology. Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2011, 2(2): 127-132.(in Chinese) 李应红. 航空等离子体动力学与技术的发展. 航空工程进展, 2011, 2(2): 127-132.
[14] Li Y H, Wu Y, Liang H, et al. The mechanism of plasma shock flow control for enhancing flow separation control capability. Chinese Science Bulletin, 2010, 55(31): 3060-3068.(in Chinese) 李应红, 吴云, 梁华, 等. 提高抑制流动分离能力的等离子体冲击流动控制原理. 科学通报,2010, 55(31): 3060-3068.
[15] Martin S. Model aircraft aerodynamics. Xiao Z Y, Ma D L, translated. Beijing: Aviation Industry Press, 2007: 29.(in Chinese) Martin Simons. 模型飞机空气动力学. 肖治垣, 马东立, 译. 北京: 航空工业出版社, 2007: 29.

E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

关于我们

期刊社服务

专业学科

封面文章

友情链接

主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

等离子体激励器对微型飞行器横航向气动力矩控制的实验研究

Experimental Study of Directional-lateral Aerodynamic Moment Control of Micro Air Vehicle by Plasma Actuators

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	孙志坤, 史志伟, 张伟麟, 李铮, 孙琪杰. 等离子体激励器对高速翼型升阻特性的影响[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 23-39.
[2]	冯雅婷, 张辉. 基于车尾风能回收的气动减阻装置[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 180-191.
[3]	罗凯, 王永海, 汪球, 栗继伟, 李峥, 聂春生, 李铮. 高焓风洞中等离子体激励流动控制试验[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 89-96.
[4]	张旭东, 李铮, 董昊, 高思源, 纪祖赑, 黎凯昕, 白光辉. 高超声速流场等离子体逆向喷流减阻特性[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 115-123.
[5]	李铮, 徐聪, 张健, 李萌萌, 马祎蕾, 白光辉. 等离子体合成射流激励器高速流场逆向喷流控制[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 225-232.
[6]	马正雪, 罗振兵, 赵爱红, 周岩, 谢玮, 刘强, 朱寅鑫, 彭文强. 高超声速流场等离子体合成射流逆向喷流特性[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 192-203.
[7]	罗凯, 汪球, 李进平, 赵伟. 基于高温真实气体效应的双锥磁流体流动控制[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 76-88.
[8]	韩路阳, 王斌, 蒲亮, 陈青, 郑海滨. 能量沉积减阻技术机理及相关问题研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 26032-026032.
[9]	覃晨, 章荣平, 张俊龙, 岳廷瑞, 吴松岭. 冲击斜板距离对超声速欠膨胀射流噪声特性的影响[J]. 航空学报, 2022, 43(8): 125857-125857.
[10]	刘强, 涂国华, 罗振兵, 陈坚强, 赵瑞, 袁先旭. 延迟高超声速边界层转捩技术研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(7): 25357-025357.
[11]	周岩, 罗振兵, 王林, 夏智勋, 高天翔, 谢玮, 邓雄, 彭文强, 程盼. 等离子体合成射流激励器及其流动控制技术研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(3): 25027-025027.
[12]	魏自言, 李杰, 张恒, 杨钊. 某层流验证机层流翼段气动改进设计[J]. 航空学报, 2022, 43(11): 526760-526760.
[13]	章胜华, 邓枫, 覃宁, 刘学强. 激波控制鼓包对跨声速抖振影响的数值研究[J]. 航空学报, 2022, 43(11): 526806-526806.
[14]	王宏宇, 杨彦广, 胡伟波, 陈植, 冯黎明, 周游天. 高频微秒脉冲放电控制激波/边界层干扰非定常性的实验研究[J]. 航空学报, 2022, 43(1): 625905-625905.
[15]	时晓天, 吕蒙, 赵渊, 陶善聪, 郝乐, 袁湘江. 激波/湍流边界层干扰的流动控制技术[J]. 航空学报, 2022, 43(1): 625929-625929.