Проектирование блоков генераторов синтетических струй и экспериментальные исследования нестационарного истечения струй с помощью PIV- метода
Опубликовано: 20.03.2018
Авторы: Белова В.Г., Макаров А.Ю., Маслов В.П., Степанов В.А.
Опубликовано в выпуске: #3(75)/2018
DOI: 10.18698/2308-6033-2018-3-1737
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
На основе пьезоэлектрической диафрагмы разработано три вида конструкций генераторов, создающих синтетические струи с разными частотами. Синтетические струи (струи с нулевым массовым расходом газа) являются перспективным средством активного управления течениями. С их помощью можно уменьшить газо-динамические потери в переходных каналах авиационной силовой установки. Рассчитана резонансная частота, определены режимы работы генераторов синтетических струй. Экспериментально исследовано нестационарное поле скорости при истечении синтетической струи в затопленное пространство с помощью планарного метода измерения мгновенных полей вектора скорости — PIV (Particle Image Velocimetry) для всех видов конструкций генераторов синтетических струй и при разных частотах колебаний. Даны наглядные примеры образования синтетических струй при соответствующих резонансных частотах колебания полости в блоках генераторов. Использование компактных блоков генераторов синтетических струй в переходных каналах силовой установки позволит снизить потери полного давления и улучшить характеристики двигателя в целом.
Литература
[1] Luo Zh.-B., Xia Zh.-X., Xie Y.-G. Jet Vectoring Control Using a Novel Synthetic Jet Actuator. Journal of Aeronautics, 2007, vol. 20, pp. 193–201. URL: https://doi.org/10.1016/S1000-9361(07)60032-6
[2] Okada K., Oyama A., Fujii K., Miyaji K. Computational Study on Effect of Synthetic Jet Design Parameters. International J. Aerospace Engineering, 2010, vol. 2010, art. ID 364859. URL: http://dx.doi.org/10.1155/2010/364859
[3] Zhang P.F., Wang J.J., Feng L.H. Review of zero-net-mass-flux jet and its application in separation flow control. Sci. China. Ser. E. Technol. Sci., 2008, vol. 51 (9), pp. 1315–1359.
[4] Lengani D., Simoni D., Ubaldi M., Zunino P., Bertini F. Application of a synthetic jet to control boundary layer separation under ultrahigh-lift turbine pressure distribution. Flow Turbul. Combust., 2011, vol. 87 (4), pp. 597–616.
[5] Gu Y.S., Li B.B., Cheng K.M. Cross Flow Transfer Characteristics of a New Beveled Synthetic Jet Actuator and its Applications to Boundary Layer Control. Acta Aeronaut et Astronaut Sin, 2010, vol. 31 (2), pp. 231–238.
[6] Zhang J.Z., Gao S., Tan X.M. Convective Heat Transfer on a Flat Plate Subjected to Normally Synthetic Jet and Horizontally Forced Flow. Int. J. Heat Mass Transfer, 2013, vol. 57 (1), pp. 321–351.
[7] Tang X.M., Nie M.M., Zhang J.Z., Shan Y. Numerical Investigation on Enhancing Mixing by Synthetic Jets. J. Eng. Thermophys., 2011, vol. 32, pp. 299–302.
[8] Xia Q.F., Zhong S. A PLIF and PIV Study of Liquid Mixing Enhanced by a Lateral Synthetic Jet Pair. Int. J. Heat Fluid Flow, 2012, vol. 37, pp. 64–73.
[9] Glezer A. Some aspects of aerodynamic flow control using synthetic-jet actuation. Philos. Trans. R. Soc. A. Math. Phys. Eng. Sci., 1940, 2011, vol. 369, pp. 1476–1570.
[10] Xu X.P., Zhu X.P., Zhou Z., Fan R.J. Application of active flow control technique for gust load alleviation. China J. Aeronaut., 2011, vol. 24 (4), pp. 410–416.
[11] Yang D.G., Wu J.F., Luo X.F. Investigation on suppression effect of zero-net-mass-flux jet on aerodynamic noise inside open cavities. Acta Aeronaut et Astronaut Sin, 2011, vol. 32 (6), pp. 1007–1021.
[12] Любимов Д.А. Исследование влияния струй с нулевым массовым расходом на течение в криволинейном диффузоре. Теплофизика высоких температур, 2011, т. 49, № 4, с. 557–567.
[13] Любимов Д.А., Потехина И.В. Применение RANS/ILES-метода для анализа эффективности управления отрывными течениями в диффузорах с помощью синтетических струй. Механика жидкости и газа, 2015, № 4, с. 144–154.
[14] Любимов Д.А., Соловьева А.А., Федоренко Ф.Э. Применение RANS/ILES метода для исследования газодинамического управления течением в ВЗ легкого сверхзвукового делового самолета. Тез. докл. 17-й междунар. школы-семинара «Модели и методы аэродинамики». Евпатория, 4–11 июня 2017 г. Москва; Жуковский, ЦАГИ им. профессора Н.Е. Жуковского, 2017, с. 102–103.
[15] Кашкин Ю.Ф., Коновалов А.Е., Крашенинников С.Ю., Любимов Д.А., Пудовиков Д.Е., Степанов В.А. Экспериментальное и расчетное исследование особенностей течения с отрывом потока в дозвуковых диффузорах. Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2009, № 4. с. 91–99.
[16] Lee S., Loth E., Babinsky H. Normal Shock Boundary Layer Control with Various Vortex Generator Geometries. Computers & Fluids, 2011, vol. 49, no. 1, pp. 233–246.
[17] Debiasi M., Herberg M.R., Yan Z., Dhanabalan S.S., Tsai H.M., Dhanabalan S. Control of Flow Separation in S-Ducts via Flow Injection and Suction. ARC. Aerospace Sciences Meetings. 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, Nevada, 7–10 January 2008). AIAA Paper no. 2008-74. URL: http://arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.2008-74
[18] Florea R., Bertuccioli L., Tillman T.G. Flow-Control-Enabled Aggressive Turbine Transition Ducts and Engine System Analysis. 3rd AIAA Flow Control Conference (San Francisco, Califomia, 5–8 June 2006). Paper no. 2006-3512. URL:http://doi.org/10.2514/6-2006-3512
[19] Kim Y.H. Garry K.P. Time Dependent Analysis of a Rectangular Synthetic Jet. International Congress of the Aeronautical Sciences, 2012. URL: http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2012/PAPERS/011.PDF
[20] Aram S., Mittal R. Computational Study of the Effect of Slot Orientation on Synthetic Jet-Based Separation Control. Int. J. of Flow Control, 2011, vol. 3 (2–3), pp. 87–110.
[21] Белова В.Г., Макаров А.Ю., Маслов В.П., Степанов В.А. Расчетно-экспериментальное исследование генератора синтетических струй для управления течением в модельном диффузорном канале. Тез. докл. 17-й междунар. школы-семинара «Модели и методы аэродинамики». Евпатория, 4–11 июня 2017 г. Москва; Жуковский, ЦАГИ им. профессора Н.Е. Жуковского, 2017, с. 20–21.
[22] Duncan A., Peter W. Modeling and Design of Microjet Actuators. AIAA Journal, 2004, vol. 42 (2), pp. 220–227. URL: https://doi.org/10.2514/1.9091
[23] Holman R., Utturkar Y., Mittal R., Smith B.L., Cattafesta L. Formation Criterion for Synthetic Jets. AIAA Journal, 2005, vol. 43 (10), pp. 2110–2116. URL: https://doi.org/10.2514/1.12033
[24] Makarov A.Yu., Maslov V.P., Stepanov V.A. Experimental study of unsteady mechanisms of energy supply for the control of secondary flows in the aircraft engines ducts. International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS-2014), ID 2014_0280, St. Petersburg, 2014, p. 4. URL: http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2014/data/papers/2014_0280_paper.pdf