X Всероссийская конференция молодых ученых "Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии"

23 - 25 апреля 2014, г. Новосибирск

Ребров И.   Гамируллин М.  

Экспериментальное исследование плазменных актуаторов

Докладчик: Гамируллин М.

Проведены экспериментальные исследования набора электрогазодинамических исполнительных элементов, функционирующих на основе приповерхностного диэлектрического барьерного разряда (ДБР-актуаторов). Мультиактуаторные системы могут использоваться для управления пограничным слоем на протяженных аэродинамических поверхностях, в частности, для управления ламинарно-турбулентным переходом на стреловидном крыле [1]. С целью миниатюризации системы ДБР-актуаторов и повышения ее эффективности в ЦАГИ предложена упрощенная трех-электродная схема с промежуточными экранирующими электродами и общим для всех актуаторов сплошным ускоряющим электродом [2], показанная на рис. 1.
Для проверки работоспособности предложенной схемы выполнены экспериментальные исследования на модели с девятью последовательно расположенными актуаторами в отсутствие внешнего обтекания. С помощью насадка полного давления проведены измерения индуцируемой актуаторами скорости воздуха. На рис. 2 показаны распределения скорости вдоль поверхности модели, измеренные на расстоянии 0.6 мм от поверхности при амплитуде высоковольтных импульсов, подаваемых на внешние и экранирующие электроды 4.2 кВ. На основе интегрального метода импульсов оценена объемная сила, создаваемая рассмотренным набором актуаторов. Предложен простой метод оценки средней электрической мощности, потребляемой актуаторами.

Для экспериментального исследования и оптимизациии предложенной схемы ДБР-актуаторов в Институте электрофизики и электроэнергетики РАН создан уникальный высокочастотный генератор высоковольтных импульсов с различными формами нарастания и спада напряжения, в частности, отвечающий требованиям получения максимальной длины скользящего разряда, что позволяет покрывать значительную площадь поверхности крыла, закрылка или щитка [3].
Для измерения необходимых характеристик разрабатываемой системы ДБР-актуаторов создан экспериментальный комплекс по исследованию скоростных характеристик воздушного потока, индуцируемого актуаторами, который состоит из микро-прецизионнного подвижного анемометра, счетчика ионов, пирометра для измерения температуры электродов и диэлектрической поверхности, программного обеспечения для сбора, хранения данных и их обработки в режиме реального времени.
Решена задача математического моделирования электрогидродинамического потока, поддерживаемого ДБР, в которой рассматривается динамика распространения заряженных частиц в газовой среде [4], проанализировано распределение пространственного поля скоростей.

Литература
1. Chernyshev S.L., Kiselev A. Ph., Kuryachii A.P. Laminar flow control research at TsAGI: Past and present // Progress in Aerospace Sciences. 2011. V. 47, p. 169-185.
2. Курячий A.П., Русьянов Д.А, Скворцов В.В., Чернышев С. Л. О повышении энергетической эффективности системы электрогазодинамических исполнительных элементов для управления пограничным слоем // Ученые записки ЦАГИ. 2013. Т. XLIV. № 3. С. 3-16.
3. Khomich V.Yu., Malashin M.V., Moshkunov S.I., Rebrov I.E., Shershunova E.A. High voltage IGBT switch with capability of pulse width control / 2012 international Symposium on Power Electronics, Electrical Drivers, Automation and Motion. Sorrento, Italy 20-22 June 2012, pp. 1512-1514.
4. Moshkunov S.I., Nebogatkin S.V., Rebrov I.E., Khomich V.Yu., Yamshikov V.A. Electrohydrodynamic effect resulting from high frequency barrier discharge in gas // Plasma Physics Reports. 2012. Vol.38. No.13, pp. 1040-1045.