國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術


高超聲速飛行器技術是21世紀航空航天技術領域新的制高點,是人類航空航天史上繼發(fā)明飛機、突破聲障飛行之后的第三個劃時代里程碑,同時也將開辟人類進入太空的新方式。隨著X-43A、X-51A等飛行器的試飛成功,新一輪航空航天熱空前高漲,世界各大國都不同程度地先后制定并實施了高超聲速飛行器研制計劃。盡管如此,高超聲速飛行器依然面臨著降熱、減阻、控制、進氣道起動等一系列難題,激波、激波與邊界層干擾、邊界層轉捩、湍流邊界層、流動分離等復雜流動現(xiàn)象極大地影響了飛行器的氣動性能與熱防護系統(tǒng)設計。清晰地認識高超聲速飛行器近壁典型流場的精細結構,并對其施加合適的流動控制,已成為航空航天領域發(fā)展研究的熱點與難點。

面對高超聲速復雜流動與控制這一世界性難題,國防科技大學主動流動控制與吸氣式推進動力前沿交叉團隊負責人羅振兵教授從多學科交叉中創(chuàng)新發(fā)展了高超聲速流動控制理論和方法,解決了傳統(tǒng)合成射流高速流場控制環(huán)境適應性差、能耗大和控制力不足的難題,將合成射流從低速流場控制拓展到了超聲速/高超聲速流場控制。

近年,該團隊在超聲速/高超聲速、低速/亞聲速飛行器主動流動控制、防除冰、主動流動控制飛行控制技術等方面取得系列重要進展。利用NPLS技術系統(tǒng)研究了附壁三角翼超聲速層流繞流流場,獲得了復雜激波干擾、尾跡擬序渦的空間結構和時空演化特征,建立了超聲速三角翼渦流發(fā)生器尾流區(qū)的流動結構模型。相關研究發(fā)表在APL等期刊。

國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖1

團隊提出了基于速度-溫度耦合控制的超聲速湍流邊界層減阻控制方法,耦合了傳統(tǒng)壁面吹氣控制與壁面加熱控制的優(yōu)勢,通過直接數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)適當增加壁面吹氣的溫度可以在保持凈節(jié)能率的前提下大幅增加減阻率,達到1+1=2的控制效果。相關研究發(fā)表在PRF、AST上。

國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖2國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖3

利用新型無源逆向等離子體射流控制超聲速鈍頭體弓形激波,典型模式下鈍頭體弓形激波脫體距離明顯增大,流場中存在典型的短穿透模式和長穿透模式,該方法通過電參數(shù)進行操控,無需額外氣源,最高平均減阻效果達25.82%。相關研究發(fā)表在PoF、CJA等期刊。

國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖4

發(fā)展了等離子體合成高能合成射流高超聲速飛行器頭部激波、翼前緣激波控制技術,形成了虛擬氣動外形,減弱甚至消除了激波,鈍頭體激波脫體距離增加近4倍、翼面壓載減小近40%。相關研究發(fā)表在AIAA J、Acta Astronautica等期刊。

國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖5國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖6


提出了等離子體高能合成射流激勵器的除冰新方法,通過電弧放電使激勵器腔內氣體瞬時升溫增壓,瞬時高壓沖擊冰層發(fā)生脆性破壞,對非粘附冰實現(xiàn)高效快速破除,能耗與傳統(tǒng)熱刀電熱除冰相比下降一個量級以上。相關研究發(fā)表在AIAA J、CJA等期刊。

國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖7國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖8國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖9

國防科技大學羅振兵教授團隊:主動流動控制技術的圖10

發(fā)展了自主可控合成雙射流飛行控制技術,2021年4月11日,合成雙射流飛行控制首飛試驗圓滿成功,通過合成雙射流主動流動控制,實現(xiàn)了全電、無源零質量射流無舵面飛行控制。相關研究即將快速發(fā)表在國內領軍期刊CJA(航空學報英文版)(已錄用)。

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團隊介紹


國防科技大學主動流動控制與吸氣式推進動力前沿交叉研究團隊,長期致力于新型高性能主動流動控制技術及相關應用研究,主要研究方向包括飛行器主動流動控制、先進熱管理和吸氣式動力與推進技術。團隊現(xiàn)有老師10人(教授2人、副教授5人)、博士/碩士研究生30余人、科研助理3人。近5年,承擔了國家重大工程專項等國家/軍隊項目30余項,獲得省部級科技一等獎2項、二等獎2項,出版專著/教材5部,全國優(yōu)秀博士學位論文和航空宇航學科優(yōu)秀博士學位論文2篇,省部級優(yōu)秀博士/碩士學位論文4篇,授權國家發(fā)明專利30余項,發(fā)表學術論文200余篇。


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