零质量射流技术及其应用研究进展-中国科学杂志社.PDF

中国科学 E 辑 : 技术科学 2008 年 第 38 卷 第 3 期 : 321 ~ 349 SCIENCE IN CHINA PRESS 零质量射流技术及其应用研究进展 * 张攀峰, 王晋军 , 冯立好 北京航空航天大学流体力学研究所, 北京 100083 * 联系人, E-mail: jjwang@ 收稿日期: 2007-10-25; 接受日期: 2007-11-29 国家杰出青年基金(批准号:和航空科技创新基金(批准号: 07A51001)资助项目 摘要 零质量射流自20 世纪90 年代作为一项主动流动控制技术应用 关键词 以来, 由于其具有结构紧凑, 无需气源管道等独特的优势, 短时间就引 零质量射流 起了众多研究者的广泛关注, 成为目前流体力学研究的一个热点. 主要 静止环境 从零质量射流在静止环境中的发展、零质量射流和横流的相互作用及其 横流 流动控制 在控制分离流动方面的应用等三个方面进行了回顾, 介绍了零质量射流 在静止和有横流条件下的涡环/对发展规律、空间流场结构以及几个主要 无量纲参数的影响规律, 最后介绍了零质量射流在控制圆柱尾迹、翼面 流动分离以及在MAV/UAV 上的应用情况. 零质量射流(zero-net-mass-flux-jet)又称合成射流(synthetic jet), 最早起源于 1950年, Ingard 等人 [1]在实验室中利用声波驱动圆管内气体产生振动, 从而在圆管两端的小孔外观察到一系 列的涡环结构. 南京航空航天大学明晓等人 [2]在 1992 年也提出了通过空腔的Helmholtz共振效 应, 可以将声能最有效的转化为流体振动能量, 从而实现对流动分离的控制. 然而直到 1994 年, Wiltse等人 [3]才在实验室中将这种方法作为一种主动流动控制技术, 由此吸引了众多科研 工作者的关注, 零质量射流也成为现代流体力学比较热门的研究领域之一, 目前国内有国防 科学技术大学 [4~6] 、北京航空航天大学 [7~11] 、南京航空航天大学 [2,12~14] 、西北工业大学 [15,16] 、 清华大学 [17,18]等多家单位分别在合成射流的形成机理、激励器的改进以及应用方面开展了相 关的研究工作. 国内外学者也撰写了相应的零质量射流研究的综述性文献 [4,19]. 图 1 给出了近 十年来科学引文索引(SCI)和工程索引(EI)两大权威数据库每年检索到的相关论文篇数, 可以 看出在科学和工程领域关于零质量射流的论文篇数每年呈现出快速稳步增长的势头, 这从一 个侧面表明零质量射流的研究受到了越来越多的关注. 零质量射流通常采用活塞或压电薄膜的往复运动吹/ 吸气体, 在狭小孔口外形成一系列涡 环/对( 圆形孔口形成涡环、二维狭缝形成涡对), 这些涡环/对在向外扩展的过程中相互融合形 321 张攀峰等: 零质量射流技术及其应用研究进展 成一种动量射流(见图2). 其主要的工作原理是, 在吹气过程中, 空腔流体在活塞或压电薄膜 的压缩下在孔口外形成涡环/对, 并在它们自身诱导作用下向远离孔口方向运动; 而在吸气过 程