Активное управление шумом обтекания полости с помощью плазменного актуатора

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведено экспериментальное исследование воздействия плазменных актуаторов на основе высокочастотного поверхностного барьерного разряда на тональный шум обтекания полости. Снижение тонального шума в дальнем поле продемонстрировано с помощью двух подходов: возбуждения искусственных колебаний, соответствующих высокочастотным модам, и стабилизации течения с помощью плазменного актуатора в цепи обратной связи. Показано, что стабилизирующая петля обратной связи позволяет существенно (на 10 дБ) подавить основной тон, не влияя при этом на возбуждение более высокочастотных колебаний. Продемонстрирована способность такого плазменного актуатора снижать шум обтекания полости при высоких (до 60 м/с) скоростях потока, характерных для посадочных режимов пассажирских самолетов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Ф. Копьев

ФАУ ЦАГИ

Автор, ответственный за переписку.
Email: vkopiev@mktsagi.ru
Россия, ул. Радио 17, Москва, 105005

П. Н. Казанский

ФГБУ ОИВТ РАН

Email: vkopiev@mktsagi.ru
Россия, ул. Ижорская 13, стр. 2, Москва, 125412

В. А. Копьев

ФАУ ЦАГИ

Email: vkopiev@mktsagi.ru
Россия, ул. Радио 17, Москва, 105005

И. А. Моралев

ФГБУ ОИВТ РАН

Email: vkopiev@mktsagi.ru
Россия, ул. Ижорская 13, стр. 2, Москва, 125412

И. В. Панкратов

ФАУ ЦАГИ

Email: vkopiev@mktsagi.ru
Россия, ул. Радио 17, Москва, 105005

Список литературы

  1. Rossiter J. Wind-tunnel experiments on the flow over rectangular cavities at subsonic and transonic speeds // Aeronautical Research Council Report No. 3438, 1964.
  2. Langtry R. and Spalart P. DES investigation of devices for reducing landing gear cavity noise // AIAA Paper No. 2008-13, 2008.
  3. Rowley C.W., Colonius T., and Basu A.J. On self-sustained oscillations in two dimensional compressible flow over rectangular cavities // J. Fluid Mech. 2002. V. 455. P. 315–346.
  4. Rockwell D. and Naudascher E. Review — Self-Sustaining Oscillations of Flow Past Cavities // J. Fluids Eng. 1978. V. 100. No 2. P. 152–165. https://doi.org/10.1115/1.3448624
  5. Krishnamurty K. Sound radiation from surface cutouts in high speed flow. Ph.D. thesis, California institute of technology, Pasadena, California, 1956.
  6. Копьев В.Ф., Битюрин В.А., Беляев И.В., Годин С.М., Зайцев М.Ю., Климов А.И., Копьев В.А., Моралев И.А., Остриков Н.Н. Управление шумом струи с помощью плазменных актуаторов диэлектрического барьерного разряда // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 4. С. 473–482.
  7. Копьев В.Ф., Беляев И.В., Зайцев М.Ю., Казанский П.Н., Копьев В.А., Моралев И.А. Управление шумом обтекания цилиндра с помощью плазменных актуаторов высокочастотного диэлектрического барьерного разряда // Акуст. журн. 2015. Т. 61. № 4. С. 196–198.
  8. Kazanskyi P.N., Klimov A.I. and Moralev I.A. High-frequency actuator control of air flow near a circular cylinder: impact of the discharge parameters on the cylinder aerodynamic drag // High Temperature. 2012. V. 50. P. 323–330.
  9. Kopiev V.F., Kazansky P.N., Kopiev V.A., Moralev I.A., Zaytsev M.Yu. HF DBD Plasma Actuators for Reduction of Cylinder Noise in Flow // J. Phys. D. Appl. Phys. 2017. V. 50. 475204.
  10. Копьев В.Ф., Бычков О.П., Копьев В.А., Фараносов Г.А., Моралев И.А., Казанский П.Н. Управление волнами неустойчивости в невозбужденной турбулентной струе с помощью плазменных актуаторов в узкой полосе частот // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 4. С. 431–439.
  11. Kopiev V., Faranosov G., Bychkov O., Kopiev Vl., Moralev I., Kazansky P. Active control of jet-plate interaction noise for excited jets by plasma actuators // J. Sound Vib. 2020. V. 484. 115515.
  12. Moreau E. Airflow control by non-thermal plasma actuators // J. Phys. D: Appl. Phys. 2007. V. 40. P. 605–636.
  13. Corke T.C., Enloe C.L. and Wilkinson S.P. Dielectric barrier discharge plasma actuators for flow control // Annual Review of Fluid Mechanics. 2010. V. 42. P. 505–529.
  14. Wang J.-J. et al. Recent developments in DBD plasma flow control // Progress in Aerospace Sciences. 2013. V. 62. P. 52–78.
  15. Cattafesta L.N., and Sheplak M. Actuators for active flow control // Annual Review of Fluid Mechanics. 2011. V. 43. P. 247–272.
  16. Huang X., Zhang X. Plasma actuators for noise control // Int. J. Aeroacoustics. 2010. V. 9. No 4 & 5. P. 679–704.
  17. Sung Y., Kim W., Mungal M.G., Cappelli M.A. Aerodynamic modification of flow over bluff objects by plasma actuation // Experiments in Fluids. 2006. V. 41. P. 479–486.
  18. Kozlov A.V., Thomas O.F. Bluff-Body Flow Control via Two Types of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuation // AIAA Journal. 2011. V. 49. No. 9. P. 1919–1931.
  19. Yokoyama H., Otsuka K., Otake K., Nishikawara M., and Yanada H. Control of cavity flow with acoustic radiation by an intermittently driven plasma actuator // Physics of Fluids. 2020. V. 32(10). 106104.
  20. Soloviev V.R., Krivtsov V.M. Surface barrier discharge modelling for aerodynamic applications // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. 125208.
  21. Semenev P.A., Toktaliev P.D. Numerical modeling of plasma actuator operational process based on dielectric barrier discharge // Aircraft Engines. 2020. № 1(6). P. 49–56. https://doi.org/10.54349/26586061_2020_1_49 (in Russian).
  22. Cattafesta III L., Garg S., Choudhari M. and Li F. Active control of flow-induced cavity resonance // 28th Fluid Dynamics Conference, Snowmass Village, CO, U.S.A., 1997. https://doi.org/10.2514/6.1997-1804
  23. Kazanskii P.N. Closed-Loop Cavity Shear Layer Control Using Plasma Dielectric Barrier Discharge Actuators // Aerospace. 2023. V. 10. P. 888. https://doi.org/10.3390/aerospace10100888
  24. Cornejo Maceda G.Y., Varon E., Lusseyran F., Noack B.R. Stabilization of a multi-frequency open cavity flow with gradient-enriched machine learning control // J. Fluid Mech. 2023. V. 955. P. 1–49. https://doi.org/10.1017/jfm.2022.1050
  25. Samimy M., Kearney-Fischer M., Kim J.-H., Sinha A. High-speed and high-Reynolds-number jet control using localized arc filament plasma actuators // J. Propul. Power. 2012. V. 28 (2). P. 269-280. https://doi.org/10.2514/1.B34272
  26. Samimy M., Webb N., Esfahani A. Reinventing the wheel: Excitation of flow instabilities for active flow control using plasma actuators // J. Phys. D: Appl. Phys. 2019. V. 52(35). 354002. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab272d
  27. Webb N., Samimy M. Control of Supersonic Cavity Flow Using Plasma Actuators // AIAA J. 2017. V. 55(10). P. 3346–3355. https://doi.org/10.2514/1.J055720

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) — Фото экспериментальной модели в АК-2. (б) — Принципиальная схема модели: 1 — пластина, 2 — турбулизатор, 3 — актуатор, 4 — передняя стенка каверны, 5 — задняя стенка каверны, 6 — микрофон обратной связи, 7 — обтекатель, 8 — верхняя фальш-панель

Скачать (2MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фото и схема экспериментальных моделей с включенным плазменным актуатором при различных направлениях развития разряда: (а) — против потока, (б) — по потоку; 1 — высоковольтный электрод, 2 — диэлектрический компаунд, 3 — диэлектрический барьер, 4 — барьерный разряд.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. (а) — Схема акустических измерений и (б) — принципиальная схема управления актуатором с петлей обратной связи

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Типичный спектр звукового давления для невозмущенного потока, обтекающего каверну.

Скачать (367KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры шума при (а) — низкочастотном и (б) — высокочастотном воздействии. Красный — актуатор выключен; синий — актуатор включен. Скорость потока V = 60 м/с.

Скачать (820KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры шума: красный — при выключенном актуаторе и синий — при включенном актуаторе, скорость потока V = 60 м/с. (а) — Разряд вниз по потоку, (б) — разряд вверх по потоку

Скачать (892KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сравнение интенсивности первого спектрального пика шума обтекания полости для различных углов наблюдения, при выключенном и включенном актуаторе

Скачать (518KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025