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ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA >

2023 , Vol. 44 >Issue S2: 729373 - 729373

DOI: https://doi.org/10.7527/S1000-6893.2023.29373

Near Space Technology

Drag reduction mechanism using plasma synthetic jet in high⁃speed flow

  • Shiqi GAO ,
  • Bo DING ,
  • Xuzhen XIE ,
  • Zheng LI ,
  • Lin CHEN ,
  • Shouyuan QIAN ,
  • Zihan JIAO ,
  • Guanghui BAI
Expand
  • 1.Science and Technology on Space Physics Laboratory，China Academy of Launch Vehicle Technology，Beijing 100076，China
    2.School of Aeronautics，Northwestern Polytechnical University，Xi’ an 710072，China
    3.College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China
E-mail： spacephy@163.com

Received date: 2023-07-27

  Revised date: 2023-08-03

  Accepted date: 2023-08-23

  Online published: 2023-09-13

Fold

Abstract

The influence of the plasma synthetic jet on the drag reduction characteristics of the blunt body model in high-speed complex flow fields is investigated experimentally and numerically. The dynamic axial force measurement test of the blunt body with a plasma synthetic jet actuator is carried out in Mach number 8 flow field. The mechanism of penetration model on drag reduction of the blunt body by the plasma synthetic jet is studied. A numerical simulation method suitable for the coupling of plasma active actuation and high-speed flow is established. The wind tunnel test results show that the plasma synthetic jet reduces the drag of the blunt body model by 2.51 N. The numerical simulation results show that the plasma synthetic jet reduces the drag of the blunt body model by 2.03 N， and the relative experimental error of drag reduction is 19.1%.

Key words： high-speed flow; plasma; flow control; drag reduction; wind tunnel test

Cite this article

Shiqi GAO , Bo DING , Xuzhen XIE , Zheng LI , Lin CHEN , Shouyuan QIAN , Zihan JIAO , Guanghui BAI . Drag reduction mechanism using plasma synthetic jet in high⁃speed flow[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023 , 44(S2) : 729373 -729373 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2023.29373

References

1 BUSHNELL D M. Shock wave drag reduction［J］. Annual Review of Fluid Mechanics， 2004， 36： 81-96.
2 YADAV R， GUVEN U. Aerodynamic heating of a hypersonic projectile with forward-facing ellipsoid cavity at nose［J］. Journal of Spacecraft and Rockets， 2015， 52（1）： 157-165.
3 HAYASHI K， ASO S， TANI Y. Experimental study on thermal protection system by opposing jet in supersonic flow［J］. Journal of Spacecraft and Rockets， 2006， 43（1）： 233-235.
4 HUANG W， YAN L. Progress in research on mixing techniques for transverse injection flow fields in supersonic crossflows［J］. Journal of Zhejiang University Science A， 2013， 14（8）： 554-564.
5 MANSOUR K， KHORSANDI M. The drag reduction in spherical spiked blunt body［J］. Acta Astronautica， 2014， 99： 92-98.
6 DEM’YANOV Y A， LAPYGIN V I. Solution of the problems of spacecraft aerothermodynamics［J］. Fluid Dynamics， 2012， 47（4）： 527-542.
7 KNIGHT D. Survey of aerodynamic drag reduction at high speed by energy deposition［J］. Journal of Propulsion and Power， 2008， 24（6）： 1153-1167.
8 SAKAI T， SEKIYA Y， MORI K， et al. Interaction between laser-induced plasma and shock wave over a blunt body in a supersonic flow［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part G： Journal of Aerospace Engineering， 2008， 222（5）： 605-617.
9 李铮， 徐聪， 张健， 等. 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.
  LI Z， XU C， ZHANG J， et al. Reverse jet flow control by plasma synthetic jet actuator in high speed flow field［J］. Acta Aeronauticaet Astronautica Sinica， 2022， 43（S2）： 225-232 （in Chinese）.
10 JIANG Z L， LIU Y F， HAN G L. Conceptual study on non-ablative TPS for hypersonic vehicles［C］∥ Proceedings of the 17th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. Reston： AIAA， 2011： AIAA2011-2372.
11 KHAMOOSHI A， TAYLOR T， RIGGINS D W. Drag and heat transfer reductions in high-speed flows［J］. AIAA Journal， 2007， 45（10）： 2401-2413.
12 SHEN Y， ZHANG J， XU X A， et al. Investigation on the opposing jet in the hypersonic rarefied flow over a vehicle based on the DSMC method［J］. Actuators， 2022， 11（6）： 164.
13 何琨， 陈坚强， 董维中. 逆向喷流流场模态分析及减阻特性研究［J］. 力学学报， 2006， 38（4）： 438-445.
  HE K， CHEN J Q， DONG W Z. Penetration mode and drag reduction research in hypersonic flows using a counter-flow jet［J］. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics， 2006， 38（4）： 438-445 （in Chinese）.
14 周超英， 纪文英， 张兴伟， 等. 超声速钝体逆向喷流减阻的数值模拟研究［J］. 应用力学学报， 2012， 29（2）： 159-163， 238.
  ZHOU C Y， JI W Y， ZHANG X W， et al. Numerical investigation on counter-flow jet drag reduction of a bluff body in supersonic flow［J］. Chinese Journal of Applied Mechanics， 2012， 29（2）： 159-163， 238 （in Chinese）.
15 高广宇， 刘冰， 黄伟， 等. 高超声速飞行器逆向射流减阻防热技术综述［J］. 战术导弹技术， 2021（4）： 67-75， 135.
  GAO G Y， LIU B， HUANG W， et al. Review of opposing jet drag reduction and thermal protection technology for hypersonic vehicle［J］. Tactical Missile Technology， 2021（4）： 67-75， 135 （in Chinese）.
16 FINLEY P J. The flow of a jet from a body opposing a supersonic free stream［J］. Journal of Fluid Mechanics， 1966， 26（2）： 337-368.
17 CHEN L W， WANG G L， LU X Y. Numerical investigation of a jet from a blunt body opposing a supersonic flow［J］. Journal of Fluid Mechanics， 2011， 684： 85-110.
18 DESAI S， PRAKASH K V， KULKARNI V， et al. Universal scaling parameter for a counter jet drag reduction technique in supersonic flows［J］. Physics of Fluids， 2020， 32（3）： 036105.
19 吴云， 李应红. 等离子体流动控制研究进展与展望［J］. 航空学报， 2015， 36（2）： 381-405.
  WU Y， LI Y H. Progress and outlook of plasma flow control［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2015， 36（2）： 381-405 （in Chinese）.
20 GROSSMAN K， BOHDAN C， VANWIE D. Sparkjet actuators for flow control［C］∥ Proceedings of the 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reston： AIAA， 2003： AIAA2003-57.
21 CARUANA D， BARRICAU P， GLEYZES C. Separation control with plasma synthetic jet actuators［J］. International Journal of Aerodynamics， 2013， 3（1/2/3）： 71.
22 SARY G， DUFOUR G， ROGIER F， et al. Modeling and parametric study of a plasma synthetic jet for flow control［J］. AIAA Journal， 2014， 52（8）： 1591-1603.
23 LIU R B， NIU Z G， WANG M M， et al. Aerodynamic control of NACA 0021 airfoil model with spark discharge plasma synthetic jets［J］. Science China Technological Sciences， 2015， 58（11）： 1949-1955.
24 周岩， 罗振兵， 王林， 等. 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）： 025027.
  ZHOU Y， LUO Z B， WANG L， et al. Plasma synthetic jet actuator for flow control： Review［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（3）： 025027 （in Chinese）.
25 NARAYANASWAMY V， RAJA L L， CLEMENS N T. Characterization of a high-frequency pulsed-plasma jet actuator for supersonic flow control［J］. AIAA Journal， 2010， 48（2）： 297-305.
26 NARAYANASWAMY V， RAJA L L， CLEMENS N T. Control of unsteadiness of a shock wave/turbulent boundary layer interaction by using a pulsed-plasma-jet actuator［J］. Physics of Fluids， 2012， 24（7）： 076101.
27 JIN D， CUI W， LI Y， et al. Characteristics of pulsed plasma synthetic jet and its control effect on supersonic flow［J］. Chinese Journal of Aeronautics， 2015， 28（1）： 66-76.
28 ZONG H H， KOTSONIS M. Experimental investigation on frequency characteristics of plasma synthetic jets［J］. Physics of Fluids， 2017， 29（11）： 115107.
29 GENG X， ZHANG W L， SHI Z W， et al. Experimental study on frequency characteristics of the actuations produced by plasma synthetic jet actuator and its geometric effects［J］. Physics of Fluids， 2021， 33（6）： 067113.
30 GREENE B R， CLEMENS N T， MAGARI P， et al. Control of mean separation in shock boundary layer interaction using pulsed plasma jets［J］. Shock Waves， 2015， 25（5）： 495-505.
31 陈加政， 胡国暾， 樊国超， 等. 等离子体合成射流对钝头激波的控制与减阻［J］. 航空学报， 2021， 42（7）： 124773.
  CHEN J Z， HU G， FAN G C， et al. Bow shock wave control and drag reduction by plasma synthetic jet［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2021， 42（7）： 124773 （in Chinese）.
32 XIE W， LUO Z B， ZHOU Y， et al. Experimental and numerical investigation on opposing plasma synthetic jet for drag reduction［J］. Chinese Journal of Aeronautics， 2022， 35（8）： 75-91.
33 XIE W， LUO Z B， HOU L， et al. Characterization of plasma synthetic jet actuator with Laval-shaped exit and application to drag reduction in supersonic flow［J］. Physics of Fluids， 2021， 33（9）： 096104.
34 SHYY W， JAYARAMAN B， ANDERSSON A. Modeling of glow discharge-induced fluid dynamics［J］. Journal of Applied Physics， 2002， 92（11）： 6434-6443.
35 刘是成， 姜应磊， 董昊. 高超声速圆锥边界层不稳定性及转捩实验研究［J］. 实验流体力学， 2022， 36（2）： 122-130.
  LIU S C， JIANG Y L， DONG H. Experimental study on instability and transition over hypersonic boundary layer on a straight cone［J］. Journal of Experiments in Fluid Mechanics， 2022， 36（2）： 122-130 （in Chinese）.
36 周岩. 新型等离子体合成射流及其激波控制特性研究［D］. 长沙： 国防科技大学， 2018.
  ZHOU Y. Study on new plasma synthetic jet and its shock wave control characteristics［D］.Changsha： National University of Defense Technology， 2018 （in Chinese）.
37 丁博， 陈真利， 焦子涵， 等. 脉冲表面电弧放电对高超声速压缩拐角的非定常控制机理［J］. 航空学报， 2023， 44（12）： 127744.
  DING B， CHEN Z L， JIAO Z H， et al. Unsteady control mechanisms of hypersonic compression corner using pulsed surface arc discharge［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2023， 44（12）： 127744 （in Chinese）.
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