低温风洞自抗扰控制研究.docx

低温风洞自抗扰控制研究
一、引言
低温风洞是研究高速飞行器、火箭、飞行器动力学以及燃气轮机等流动问题必不可少的试验设备，通常工作介质为气体，通常研究角度和攻角较大。然而，在低温风洞中，气体的温度通常很低，导致气体的密度增大，气流的动量和能量增加，这样就使得流动的控制变得尤为重要。
流动控制是通过在流动中引入局部扰流，从而改善流动的某些性质，使主流动在某些方面达到更好的状态。通常流动控制可以有效的减少流体的阻力，提高气动力的性能，或者改善流动的稳定性，从而达到更为合理的设计。
2.自抗扰控制的原理
自抗扰控制是一种基于反馈控制原理，通过对流动中的局部扰流进行监测和识别，再根据所获取的信息进行流动力学的控制，提高流动的性能和稳定性。这种控制方式主要是通过控制区域内的局部扰流，使其产生或抑制特定的涡结构，再使其与主流动做出协同响应，从而达到控制流动的目的。
当流动中存在扰动时，该扰动就会被流场中的其他结构感知到。这些结构会对流动跟随扰动，随着时间的推移，这些结构会增加或抑制扰动的能量，最终形成新的涡结构。这种自我增强或自我衰减的过程，就称为自抗扰性。自抗扰控制就是利用流场的自抗扰性，对流动进行控制，这种控制方式不需要引入外界能量，不会增加流动的能耗，在工程实践中已经得到广泛的应用。
3.低温风洞自抗扰控制的研究现状
低温风洞自抗扰控制研究是国际上较新的研究领域，近年来在国内外学者的努力下，这个领域中的技术和方法也得到了显著的提升。下面简单介绍几类主要的研究工作。
（1）流场分析和模拟研究
在低温风洞中，气体的物理性质与常温条件有着很大的不同，因此需要进行前期的分析和模拟研究。一些数值计算方法如雷诺平均Navier–Stokes(RANS)模型和大涡模拟等被广泛用于该领域的研究。
（2）控制目标和实验方法
对于低温风洞中的自抗扰控制，其控制目标通常是基于流场中存在的扰动对主流动的影响来确定的。常见的控制目标包括减少流体动量系数的变化、减小锋刃流风噪声强度、降低荷载系数等。
在实验方法方面，常用的控制方法包括激励器法、传感器法、控制系统方法和自适应控制方法等。
（3）应用案例
在飞行器和燃气轮机等领域中，低温风洞自抗扰控制方法得到了广泛的应用。例如，用于A320翼尖噪声控制和减阻、TURBOFAN发动机液面光顺问题的分析。
（4）未来发展方向
对于低温风洞自抗扰控制，虽然在理论研究和实践中的应用已经不断取得了进展，但仍存在许多待解决的问题。未来得关注的方向包括更加有效的控制方法和技术，如更好的传感器、更先进的控制系统等；更加完善的控制机理和模型；以及更加广泛的应用领域。
4.结论
低温风洞自抗扰控制技术是提高燃气轮机、飞行器和火箭等领域流动设计和研究水平的关键技术之一。目前，各国在该领域的研究工作得到了不断的加强和推进，有望取得更加显著的成果。未来该领域的研究和应用工作，除了需要进一步的固定现有问题以外，还需要不断的探索未知领域，发展更加高效和先进的控制技术和方法。