合成双射流理论及其赋能航空技术进展

doi:10.7527/S1000-6893.2025.31821

流体力学与飞行力学

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合成双射流理论及其赋能航空技术进展

罗振兵(), 王浩, 赵志杰

国防科技大学空天科学学院，长沙 410073

收稿日期:2025-01-17 修回日期:2025-02-08 接受日期:2025-02-11 出版日期:2025-02-13 发布日期:1900-01-01
通讯作者: 罗振兵 E-mail:luozhenbing@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(U2141252)

Theory of dual synthetic jets and its empowerment of advancements in aeronautical technology

Zhenbing LUO(), Hao WANG, Zhijie ZHAO

College of Aerospace Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China

Received:2025-01-17 Revised:2025-02-08 Accepted:2025-02-11 Online:2025-02-13 Published:1900-01-01
Contact: Zhenbing LUO E-mail:luozhenbing@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U2141252)

摘要/Abstract

摘要：

主动流动控制技术是21世纪航空领域的重要前沿技术之一，而合成双射流技术则是我国自主研发的一种先进主动流动控制技术。该技术具有能量效率高、环境适应性强、控制范围广等优点，有望显著提升现役飞行器的性能，并为下一代飞行器的发展提供变革性助力。系统总结了合成双射流理论、技术特点及其赋能航空技术的最新研究进展。通过20年持续研究，形成了基于两合成射流相互作用同相“增强”效应、异相“矢量”效应、反相“加力/自给”效应的合成双射流理论体系，发展了具有能量效率倍增、全电矢量功能、跨介质工作能力的合成双射流技术体系；合成双射流技术在飞行器气动、动力、飞行控制、飞行安全、热控、跨介质飞行等方面显示出较强的赋能增效特性和应用前景。

关键词: 合成双射流, 主动流动控制, 气动, 动力, 飞行控制, 热控, 跨介质

Abstract:

Active flow control technology is a frontier and transformative technology in the aviation field of the 21st century. Dual Synthetic Jet （DSJ）， a new type of active flow control technology invented in China offering high energy efficiency， strong environmental adaptability， and wide control range， is expected to fully assist in the performance improvement of current aircraft and the revolutionary development of next-generation aircraft. This paper systematically summarizes the theory， technical characteristics， and the latest research progress of DSJ in empowering aviation technology. Through twenty-year research， the DSJ theory system based on the “enhancement” effect， “vector” effect， and “augmentation/self-support” effect existing between double synthetic jets with different phases has been formed. And the DSJ technology system with characteristics of energy efficiency doubling， full electric vectoring， and cross-medium working ability has been developed. DSJ has shown great application prospects in aspects of aircraft aerodynamics， power， flight control， flight safety， thermal control and cross-medium flight.

Key words: dual synthetic jets, active flow control, aerodynamics, power, flight control, thermal control, cross-medium flight

中图分类号:

V211

罗振兵, 王浩, 赵志杰. 合成双射流理论及其赋能航空技术进展[J]. 航空学报, 2025, 46(5): 531821.

Zhenbing LUO, Hao WANG, Zhijie ZHAO. Theory of dual synthetic jets and its empowerment of advancements in aeronautical technology[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(5): 531821.

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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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

压电振子型号	驱动电压参数			延迟时间/（10^-3s）	延迟相位角/（°）
压电振子型号	频率f/Hz	幅值U/V	波形	延迟时间/（10^-3s）	延迟相位角/（°）
1	10	300	方波	0.45	1.5
1	300	300	方波	0.40	48.0
1	500	100	方波	0.33	59.0
1	500	100	正弦波	0.32	58.0
2	500	100	方波	0.35	63.0
2	500	100	正弦波	0.34	61.0

对比项	合成射流技术	合成双射流技术
原创单位起始年份	佐治亚理工学院1998	国防科技大学2006
能量效率	10%~20%	2×（10%~20%）
射流频率	1~1 000 Hz	2×（1~1 000）Hz
环境噪声	大	小
压载失效问题	易失效	避免
矢量功能	无	有
宽域跨介质飞行能力	无	有

赋能航空领域	新技术	原理	应用场景
气动	加力环量增升^［46-47］	环量控制+虚拟格尼襟翼	短距起降、飞行控制
	舵效增强^［52］	抑制流动分离	短距起降
	前缘涡控制^［60-61］	抑制流动分离	扩宽飞行包络、大机动
	反向射流虚拟阻力舵^［68-69］	促进流动分离	隐身偏航控制
	气动增稳控制^［70］	抑制流动分离	气动布局优化
	阵风载荷减缓控制^［71］	促进流动分离	阵风载荷干扰
动力	二次流矢量控制^［76］	剪切层控制	机动控制隐身无舵面飞行控制
动力	三次流推力矢量控制^［77］	剪切层控制+Coanda效应	机动控制隐身无舵面飞行控制
飞行控制	无舵面滚转控制^［88-89］	双侧加力环量控制差动	隐身无舵面飞行控制机动控制
	无舵面偏航控制	单侧反向射流虚拟阻力舵
	无舵面俯仰控制	双侧加力环量控制联动
飞行安全	防冰^［95-96］	气动力控制液滴运动	全天候飞行
	除霜除冰^［97］	热力耦合	全天候飞行
	防冰/气动力一体化^［99］	热气膜防冰+抑制流动分离	全天候、机动飞行
热控	矢量风冷^{［42，103-104］}	矢量射流冲击	机载电子系统散热
	喷雾冷却^{［105-108］}、主动热管^［109］	射流冲击+相变
	液冷^{［110-111，116］}	射流冲击+掺混
跨介质飞行	水下合成双射流^［117］	水下流场控制	跨介质飞行器、水下航行器

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合成双射流理论及其赋能航空技术进展

Theory of dual synthetic jets and its empowerment of advancements in aeronautical technology

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