[科普中国]-流场控制

简介

在流体力学研宄领域,其中一个非常重要的研宄方向就是流动控制,目前控制流场的方法主要分为被动控制和主动控制两大类。其中被动控制方法需要附加的机械结构,例如在边界层加肋、开槽等。主动控制方法需要输入能量,通过控制能量输入实现流动控制。

背景高超声速飞行器技术是21世纪航空航天领域新的制高点，其技术的突破将对全球战略格局、各国军事力量对比、科学技术以及综合国力提升等产生重大而深远的影响。吸气式高超声速推进技术是发展新一代高性能高超声速飞行器的关键技术，具有显著的航空航天和军事应用需求，逐渐成为各国竞相研究的热点领域。由于在超声速/高超声速飞行时，冲压发动机能直接利用空气中的氧气作为氧化剂，其经济性显著优于涡喷发动机和火箭发动机，另外发动机内部没有转动部件1。

进气道、超燃燃烧室和尾喷管是超燃冲压发动机三大主要部件，而进气道作为冲压发动机的重要部件，承担着捕获、压缩自由来流的任务，其能否高性能、稳定的工作，为发动机燃烧室提供足够高品质的气流，关系到推进系统甚至整个高超声速飞行器性能的优劣，是影响吸气式高超声速推进技术发展的关键技术之一。

风洞试验采用被动溢流槽流场控制方案后，唇口斜激波入射点恰位于溢流槽开口截面内，分离包消除，激波/边界层干扰得到有效缓解，进气道起动流场建立。由于唇口斜激波作用，气流与水平方向成一定夹角进入进气道内通道，导致溢流槽开口截面末端产生斜激波，但这并未引起进气道上型面边界层的分离。风洞实验研究验证了利用被动溢流槽进出口间压力差作用的流场控制技术对分离包的消除是有利的。

国内外学者在高超声速进气道流场控制技术方面开展了较多的研究，验证了利用进出口间压力差的被动流场控制方法（如溢流槽、抽吸孔等）对消除进气道不起动时分离包是有效的，说明流场控制方案对进气道的自起动和再起动是有利的。

流场控制系统流场控制系统包括调压阀控制子系统,引射器控制子系统,扩散段控制子系统。在进行风洞实验时,需要各个子系统配合建立所需要的马赫数。

流场控制系统要具备3种操作方式,分别为：

(1)手动操作方式:当系统运行过程出现故障或者自动控制失效时,操作者可通过控制柜面板上的按钮进行现场操作。

(2)自动方式;一般情况下,系统应该工作在此种方式下,操作者完成参数的设定后,系统自动执行,现场人员的千预不再起作用。

(3)远程监视方式:一般只有管理者具有使用此种操作方式的权限,管理者可监视远程查看现场情况及生产过程中保存的数据2。