CN107631854A - 一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,包括:试验台架地板,其距离地面一定高度设置;以及试验模型,其设置在所述试验台架地板上;等离子体激励器,其设置在所述试验模型前方的试验台架地板上,所述等离子体激励器包括:多个裸露电极,其间隙设置在所述等离子体激励器外表面并与等离子体激励器电源高压输出端连接;多个掩埋电极,其设置在相邻两个所述裸露电极之间的绝缘介质材料内部并与等离子体激励器电源低压输出端连接;其中,相邻的在前裸露电极和在后掩埋电极为一组,各组之间并联。本发明还提供了该装置的控制方法,能够根据风速不同控制电源的输出电压以降低地板边界层厚度,提高精度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车风洞实验技术领域,更具体的是,本发明涉及一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置及其控制方法。
背景技术
汽车在道路上行驶时,空气与汽车存在相对运动,在车前不同高度上气流的相对速度为常数,等于汽车行驶速度U。风洞实验时,由于地面边界层的存在,使近壁面速度较小,造成来流平均动压降低,并且边界层在流动过程中会逐渐变厚,容易导致实验测得气动力偏离真实值。
为消除地板边界层对实验结果的影响,实车试验采取的控制方法主要是边界层吹除、抽吸,配合地洞地面系统,其控制效果较好,但也存在结构复杂,价格昂贵,布置不便等问题。比例模型试验时,要求地板边界层位移厚度小于车辆底面到地板表面间隙的0.1倍,对于1/4模型就需要边界层厚度控制在5mm以下范围。为减小边界层发展带来的厚度增加,一般在风洞地面一定高度上重新搭建试验台架,为避免试验台架地板带来的风向干扰,测试车距离地板前缘不能太近,也不可避免的带来的地板边界层厚度发展的影响。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,能够降低模型风洞试验地板边界层厚度,减小试验误差。
本发明的另一个目的是设计开发了一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置的控制方法,能够根据风速不同控制电源的输出电压以降低地板边界层厚度,提高试验精度。
本发明提供的技术方案为:
一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,包括:
试验台架地板,其距离地面一定高度设置;以及
试验模型,其设置在所述试验台架地板上;
等离子体激励器,其设置在所述试验模型前方的试验台架地板上,所述等离子体激励器包括:
多个裸露电极,其间隙设置在所述等离子体激励器外表面并与等离子体激励器电源高压输出端连接;
多个掩埋电极,其设置在相邻两个所述裸露电极之间的绝缘介质材料内部并与等离子体激励器电源低压输出端连接;
其中,相邻的在前裸露电极和在后掩埋电极具有一定距离并且为一组,各组裸露电极和掩埋电极之间并联。
优选的是,所述裸露电极的宽度小于2mm,厚度小于0.05mm。
优选的是,所述掩埋电极的宽度为5~8mm,厚度为0.5~1mm。
优选的是,所述裸露电极沿所述试验台架地板径向与掩埋电极的距离为2~3mm;所述掩埋电极沿所述试验台架地板轴向与其前方最近的裸露电极的距离为10~15mm,与其后方最近的裸露电极的距离为19-23mm。
优选的是,所述绝缘介质为聚酰亚胺或石英玻璃,所述电极为铜电极。
优选的是,所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离为800~1200mm;所述试验模型与所述等离子体激励器的距离为100~300mm。
优选的是,所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离为1000mm;所述试验模型与所述等离子体激励器的距离为200mm。
优选的是,所述裸露电极和掩埋电极为三组。
优选的是,还包括:
风速传感器,其设置在所述试验模型前端,用于检测风洞风速;
电压控制器,其与所述风速传感器连接,用于接收所述风速传感器的检测数据并控制所述等离子体激励器电源的输出电压。
相应地,本发明还提供一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置的控制方法,包括如下步骤:
步骤1:风速传感器检测风洞风速;
步骤2:电压控制器接收风速传感器的检测数据并控制所述等离子体激励器电源的输出电压为:
当风速v<10时,电源的输出电压为:
U=13.32·v0.606;
当风速10≤v≤30时,电源的输出电压为:
其中,U为等离子体激励器电源的输出电压,单位kV;v为风洞风速,单位m/s;e为常数;ρ为空气密度,取1.2kg/m3;L为所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离,单位m;μ为空气粘度,取17.9×10-6Pa·s;
当风速v>30时,电源的输出电压为:
其中,U为等离子体激励器电源的输出电压,单位kV;v为风洞风速,单位m/s;e为常数;a1为裸露电极的宽度,单位mm;a2为裸露电极的宽度,单位mm;a3为掩埋电极沿试验台架地板轴向与其前方最近的裸露电极的距离,单位mm;a4为掩埋电极沿试验台架地板轴向与其后方最近的裸露电极的距离,单位mm;d1为裸露电极的厚度,单位mm;d2为掩埋电极的厚度,单位mm;d3为裸露电极沿试验台架地板径向与掩埋电极的距离,单位mm;d4为试验模型120与等离子体激励器的距离,单位mm;L为所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离,单位m。
本发明至少具备以下有益效果:
(1)本发明所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,在不工作时对流场无干扰,无运动件,避免了机械磨损和损坏的可能性,且具有工作响应迅速,性能稳定,功耗低,可主动调节等优点。
(2)通过在模型前方地板表面布置等离子体激励,增加边界层内空气的能量,产生延地板表面射流,可在地板近壁面0.5-1mm高度产生0-5m/s的诱导气流,同时该射流的引射作用将电极附近的空气拉向电极,将主流中的能量输运到边界层中,在这两者的共同作用下,可使地板边界层厚度降低到5mm以下,进而减小试验误差。
(3)本发明所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置的控制方法,能够根据风速不同控制等离子体激励器电源的输出电压以控制等离子体激励器产生诱导气流的速度大小,进而降低地板边界层厚度,提高试验精度。
附图说明
图1为本发明所述模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置的结构示意图。
图2为本发明所述等离子体激励器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明可以有许多不同的形式实施,而不应该理解为限于再次阐述的实施例,相反,提供这些实施例,使得本公开将是彻底和完整的。在附图中,为了清晰起见,会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。
如图1、2所示,本发明提供一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,包括:试验台架地板110,其距离地面一定高度设置;以及试验模型120,其设置在所述试验台架地板110上;等离子体激励器130,其设置在所述试验模型120前方的试验台架地板110上,所述等离子体激励器130包括:多个裸露电极131,其间隙设置在所述等离子体激励器130外表面并与等离子体激励器电源高压输出端HV连接;多个掩埋电极132,其设置在相邻两个所述裸露电极之间的绝缘介质材料133内部并与等离子体激励器电源低压输出端LV连接;其中,相邻的在前裸露电极131和在后掩埋电极132具有一定距离并且为一组,各组裸露电极131和掩埋电极132之间并联。多组并联有利于增强诱导气流以及吸附力的强度,本实施例中,所述裸露电极131和掩埋电极132为三组。
作为本发明的另一实施例,所述裸露电极131的宽度a1小于2mm,厚度d1小于0.05mm,尽可能减小电极本身对流场的气流干扰;所述掩埋电极132的宽度a2为5~8mm,厚度d2为0.5~1mm;所述裸露电极131沿所述试验台架地板110径向与掩埋电极132的距离d3为2~3mm;所述掩埋电极132沿所述试验台架地板110轴向与其前方最近的裸露电极131的距离a3为10~15mm,与其后方最近的裸露电极131的距离a4为19-23mm,优选的,所述掩埋电极132沿所述试验台架地板110轴向与其前方最近的裸露电极131的距离a3为与其后方最近的裸露电极131的距离a4的一半,本实施例中,所述掩埋电极132沿所述试验台架地板110轴向与其前方最近的裸露电极131的距离a3为10mm,与其后方最近的裸露电极131的距离a4为20mm。
作为本发明的另一实施例,所述绝缘介质材料133优先选用如聚酰亚胺、石英玻璃等介电常数较低的材料,所述电极为铜电极,提高导电性。
作为本发明的另一实施例,所述试验模型120前端与所述试验台架地板前缘的距离L为800~1200mm,优选为1000mm;所述试验模型120与所述等离子体激励器130的距离d4为100~300mm,优选为200mm。
作为本发明的另一实施例,还包括:风速传感器,其设置在所述试验模型120前端,用于检测风洞风速;电压控制器,其与所述风速传感器连接,用于接收所述风速传感器的检测数据并控制所述等离子体激励器130电源的输出电压。所述电源优选输出电压为0-30kV,放电频率稳定在10kHZ左右,电源的输出电压为连续正弦波,可通过调节输入电压调节输出电压值,以控制等离子体激励器130产生诱导气流的速度大小。
本发明所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,在不工作时对流场无干扰,无运动件,避免了机械磨损和损坏的可能性,且具有工作响应迅速,性能稳定,功耗低,可主动调节等优点;通过在模型前方地板表面布置等离子体激励,增加边界层内空气的能量,产生延地板表面射流,可在地板近壁面0.5-1mm高度产生0-5m/s的诱导气流,同时该射流的引射作用将电极附近的空气拉向电极,将主流中的能量输运到边界层中,在这两者的共同作用下,可使地板边界层厚度降低到5mm以下,进而减小试验误差。
本发明还提供一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置的控制方法,包括如下步骤:
步骤1:风速传感器检测风洞风速;
步骤2:电压控制器接收风速传感器的检测数据并控制所述等离子体激励器电源的输出电压为:
当风速v<10时,电源的输出电压为:
U=13.32·v0.606;
当风速10≤v≤30时,电源的输出电压为:
其中,U为等离子体激励器电源的输出电压,单位kV;v为风洞风速,单位m/s;e为常数;ρ为空气密度,取1.2kg/m3;L为所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离,单位m;μ为空气粘度,取17.9×10-6Pa·s;
当风速v>30时,电源的输出电压为:
其中,U为等离子体激励器电源的输出电压,单位kV;v为风洞风速,单位m/s;e为常数;a1为裸露电极的宽度,单位mm;a2为裸露电极的宽度,单位mm;a3为掩埋电极沿试验台架地板轴向与其前方最近的裸露电极的距离,单位mm;a4为掩埋电极沿试验台架地板轴向与其后方最近的裸露电极的距离,单位mm;d1为裸露电极的厚度,单位mm;d2为掩埋电极的厚度,单位mm;d3为裸露电极沿试验台架地板径向与掩埋电极的距离,单位mm;d4为试验模型120与等离子体激励器的距离,单位mm;L为所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离,单位m。
本发明所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置的控制方法,能够根据风速不同控制等离子体激励器电源的输出电压以控制等离子体激励器产生诱导气流的速度大小,进而降低地板边界层厚度,提高试验精度。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,其特征在于,包括:
试验台架地板,其距离地面一定高度设置;以及
试验模型,其设置在所述试验台架地板上;
等离子体激励器,其设置在所述试验模型前方的试验台架地板上,所述等离子体激励器包括:
多个裸露电极,其间隙设置在所述等离子体激励器外表面并与等离子体激励器电源高压输出端连接;
多个掩埋电极,其设置在相邻两个所述裸露电极之间的绝缘介质材料内部并与等离子体激励器电源低压输出端连接;
其中,相邻的在前裸露电极和在后掩埋电极具有一定距离并且为一组,各组裸露电极和掩埋电极之间并联。
2.如权利要求1所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,其特征在于,所述裸露电极的宽度小于2mm,厚度小于0.05mm。
3.如权利要求1所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,其特征在于,所述掩埋电极的宽度为5~8mm,厚度为0.5~1mm。
4.如权利要求1所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,其特征在于,所述裸露电极沿所述试验台架地板径向与掩埋电极的距离为2~3mm;所述掩埋电极沿所述试验台架地板轴向与其前方最近的裸露电极的距离为10~15mm,与其后方最近的裸露电极的距离为19-23mm。
5.如权利要求1所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,其特征在于,所述绝缘介质为聚酰亚胺或石英玻璃,所述电极为铜电极。
6.如权利要求1所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,其特征在于,所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离为800~1200mm;所述试验模型与所述等离子体激励器的距离为100~300mm。
7.如权利要求6所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,其特征在于,所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离为1000mm;所述试验模型与所述等离子体激励器的距离为200mm。
8.如权利要求1所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,其特征在于,所述裸露电极和掩埋电极为三组。
9.如权利要求1所述的模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置,其特征在于,还包括:
风速传感器,其设置在所述试验模型前端,用于检测风洞风速;
电压控制器,其与所述风速传感器连接,用于接收所述风速传感器的检测数据并控制所述等离子体激励器电源的输出电压。
10.一种模型风洞试验地板等离子体边界层主动控制装置的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:风速传感器检测风洞风速;
步骤2:电压控制器接收风速传感器的检测数据并控制所述等离子体激励器电源的输出电压为:
当风速v<10时,电源的输出电压为:
U=13.32·v0.606;
当风速10≤v≤30时,电源的输出电压为:
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<mi>U</mi>
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其中,U为等离子体激励器电源的输出电压,单位kV;v为风洞风速,单位m/s;e为常数;ρ为空气密度,取1.2kg/m3;L为所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离,单位m;μ为空气粘度,取17.9×10-6Pa·s;
当风速v>30时,电源的输出电压为:
<mrow>
<mi>U</mi>
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<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
其中,U为等离子体激励器电源的输出电压,单位kV;v为风洞风速,单位m/s;e为常数;a1为裸露电极的宽度,单位mm;a2为裸露电极的宽度,单位mm;a3为掩埋电极沿试验台架地板轴向与其前方最近的裸露电极的距离,单位mm;a4为掩埋电极沿试验台架地板轴向与其后方最近的裸露电极的距离,单位mm;d1为裸露电极的厚度,单位mm;d2为掩埋电极的厚度,单位mm;d3为裸露电极沿试验台架地板径向与掩埋电极的距离,单位mm;d4为试验模型120与等离子体激励器的距离,单位mm;L为所述试验模型前端与所述试验台架地板前缘的距离,单位m。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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