等离子体控制边界层流动仿真研究

等离 子体 微 放 电 时 间为 几 个 ｎ ， 流 体 对 等 离 ｓ而 子体 激励 器的 响应 时间 为 ０ ０ ｓ 可 以假 设 等离 子 体 ． １，
的形 成和 电荷 的重 新排 列过程 是 瞬间 的 ， 略外部 电 忽
很大 差别 ， 合计 算 成本 高 ， 耦 目前 的 Ｄ Ｄ 仿 真 研 Ｂ ｓ 究分 属 两个不 同的领域 ， 或者 关 注放 电过 程ｌ 主要 ＿ 】 ， 通 过求解 漂 移一 扩散 方程研 究 Ｄ Ｄｓ 励 器 各种 工 作 Ｂ 激
ｃ ａｇ — Ｂ ） ｈ ｒ ｅＤ Ｄｓ 是一种 重 要 的大气 压放 电形 式 ， 以作 可
为 一 个 电 流 体 力 学 激 励 器 用 于 控 制 内外 流 动 。Ｄ Ｄ Ｂ ｓ 激 励 器 的 两 个 电 极 均 设 置 在 物 体 表 面 ， 载 适 当 电压 加
ｌ Ｄ Ｄｓ 动 控 制 计 算 模 型 Ｂ 流
中 图 分 类 号 ： １ ． Ｖ２ １ ３ 文献标识码 ： Ａ
流 动控 制计算 ， 降低 成本 的 同时实 现 Ｄ Ｄ 等 离 子 在 Ｂ ｓ Ｕ 引 舌 体放 电过程 与流 动控制 一体 化计 算 。
介 质 阻 隔 面 放 电 （ ｕ ｆｃ ｉｌｃｒ ａｒ ｒＤｉ Ｓ ｒ ｅＤ ｅｅｔｉ Ｂ ｒｉ ｓ ａ ｃ ｅ —
Ｆｉ．１ Ｓ ｔｈ ｍ ａ ｆＤＢＤ ｕ ｆ ｃ ｓ ｈａ ｇ ’ ｌｃ ｒ ｄｅ ｇ ｋｅｃ ｐ ｏ ｓ ｒ ａ ｅ ｄｉ 为对 象 ， 采用 数值 计算 方法 对
Ｄ Ｄ 等 离子 体 控 制 边 界 层 流 动 过 程 进 行 研 究 。 由 Ｂ ｓ 于 放 电过 程 和 流 动 过 程 在 物 理 尺 度 、 间 尺 度 上 存 在 时
究还 比较 少 。本文 首先 耦合 求 解 泊松 方 程 和漂 移一 扩 散方 程 ， 算 Ｄ Ｄ 放 电过 程 中 电子和 正离 子数 密 度 计 Ｂ ｓ 的发 展变 化 ， 合 电场 分布 得到 时 间平 均 离子 静 电场 结 力， 然后将 该 静 电场力 作为 流动 控制 方程 的源 项进 行
等离子 体放 电计 算模 型 可 以分 为 流体模 型 、 子 粒 模 型 和 混 合 模 型 等 三 类 ， 于 高 于 １ ． ｋ ａ的 高 压 对 ３３Ｐ
放 电 ， 度 的 可 能 分 布 函 数 被 假 设 接 近 平 衡 ， 此 流 速 因
体 模 型可 以 充分 捕 捉 相 关 物 理 现 象 ， 大气 压 条 件 下 的 气体 放 电 可 以 以此 为根 据 加 上边 界 条件 构 建 合
１ １ ＤＢＤ ． ｓ激 励 器 模 型
本文 仿真 的 Ｄ Ｄ 激励 器 结构 如 图 １所 示 ， Ｂ ｓ 电极 厚度 均 为 ０ １ ． ｍｍ， 中植 入 电极 宽 １ ０ 其 ． ｍｍ， 露 电 暴 极宽 ３０ ． ｍｍ， 电极 间 隙为 ０ ｍｍ。
后 进行 放 电产 生等离 子 体 ， 离子 体在 静 电场 以及外 等 加磁 场 的作 用下将 电能转 化 、 加 到物体 壁 面 的边界 添 层 中 ， 界层 流动 状态 的 变化 能够对 主 流造成 可 观影 边
源 的变化 过程 而将 其认 为是 准直 流 电源 ＿ 因此 本 １ ，
文计 算放 电过 程 时将 不 考 虑 电源 波形 的变 化 。介 质
层厚 度 为 ２ ０ ． ｍｍ， 对 介 电 常 数 ｅ 一３ ０ 相 ａ ．。 １ ２ Ｄ Ｄ 放 电 模 型 ． Ｂ ｓ
参数 的影 响 ， 或者 忽略 放 电过程 而仅 考虑 流 动控制 效 果［ ］ 同时计 算 放 电过 程 和 流 动控 制 效 果 的仿 真 研 ２ ，
模 拟 。仿 真 结 果 表 明介 质 阻 隔 面放 电 等 离 子 体 通 过 推 一 空 气 可 以对 低 速 气 流 进 行 控 制 ， 向 推 力 和 反 向 拉 力 均 拉 正
可 以 在距 壁 面 一 定 高 度 处 形 成 射 流 ， 向射 流 自身 增 加 边 界 层 动 量 ， 重 要 的 是 通 过 引射 主 流 将 主 流 中 的 能 量 输 正 更 运 到 边 界 层 中 ， 而 减 小 边 界 层 厚 度 ； 向 射 流 与 来 流 相 撞 后 形 成 回流 区将 边 界 层 向外 推 ， 够 增 加 边 界 层 厚 度 。 从 反 能 关 键 词 ： 质 阻 隔 面 放 电 ； 均 静 电场 力 ； 界 层 ； 动 控 制 ； 一 介 平 边 流 推 拉
等 离子 体 控 制 边 界 层 流 动仿 真 研 究
车学科 ， 聂万胜 ， 屠恒章
（．装备指挥技术学院研究生管理大 队 ， １１１ ； ．装备指挥技术学院航天装备系 ， １ 北京 ０４６ ２ 北京 １１１） ０４６
摘 要 ： 用 泊 松 方 程 、 移 扩 散模 型 和 Ｎ ｓ方 程 对 介 质 阻隔 面放 电等 离 子 体 控 制 边 界 层 流 动 进 行 了一 体 化 数 值 使 漂 —
第 ２ ８卷
第 ３期
空
气
动
力
学
学
报
Ｖｏ１ ２８， Ｎｏ． ． ３
２１ ０ ０年 ６月
ＡＣＴＡ ＡＥＲｏ ＤＹＮＡＭ Ｉ ＣＡ Ｉ Ｉ Ｓ Ｎ ＣＡ
Ｊ ｎ ，０ ０ ｕ ． ２ １
文章 编 号 ： ２ ８ １ ２ （ ０ ０ ０ — ２ ９０ ０ ５ ８ ５ ２ １ ） ３０ ７ — ６
响 ， 而 达 到 流 动 主 动 控 制 的 目的 。 国外 对 Ｄ Ｄｓ 从 Ｂ 飞
行 器转 捩分 离控 制ｎ ］ 激波 控制 Ｉ 以及 降低 表面 摩 ‘、 ４
擦 阻力 等方 面进行 了基础 性研 究 ， 内研究 还处 于 国
起 步 阶 段 ］ 。
图 １ ＤＢＤ 面 放 电 电 极 示 意 图