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　　的方向迅猛发展，对应的航空动力装置也在向高效化、高速化、宽域化、一体化和智能化的方向快速演进。面向单设计点工况的传统设计手段已难以满足未来航空器的发展需求，而基于主动流动控制思想的系统设计技术显示出巨大潜力。是一种通过在流动环境中引入外界扰动和能量注入来控制流体流动的方法，与被动控制技术相比，它具有更好的变工况性能，能够根据工况变化调整控制参数，实现最优控制效果。湖南泰德航空技术有限公司带您深入探讨主动流动控制技术的核心优势、在航空动力系统中的应用以及国内外技术创新，特别是以发动机空气系统引气作为能量源头的主动流动控制技术。

　　被动流动控制技术只能控制特定状态，控制参数不可实时调节，不需要额外能量，包括鼓包、涡流发生器、格尼襟翼、翼梢小翼等。这些技术虽然在特定条件下有效，但缺乏适应性。主动流动控制技术则需要额外能量，可以根据需要调节激励参数对流场进行控制，效率更高，包括吹气、吸气、环量控制、合成射流、等离子体激励器等。

　　动态适应性：能够根据飞行状态实时调整控制参数，适应复杂多变的飞行环境。例如，在压气机中，主动控制可以抑制流动分离，拓宽稳定工作范围。

　　高性能增益：通过精准控制流动分离和涡流生成，显著提升气动性能。研究表明，采用流体振荡器等主动控制装置，能使压气机总压损失降低12.7%以上。

　　隐身性能提升：无舵面设计通过主动流动控制实现飞行控制，显著降低雷达反射截面，增强隐身能力。

　　系统集成度高：主动流动控制技术可以与飞行控制系统深度集成，实现飞发一体综合控制，提高整体飞行性能。

　　流体振荡器由于其较高的工作鲁棒性和可靠性，在航空应用领域受到了极大的关注，其全尺寸、全系统的飞行演示验证已经完成，具有较高的技术成熟度，在高速、高温、大尺度等复杂工况环境下具有较好的应用前景。2024年，美国国防预先研究计划局（DARPA）正式开展X-65验证机项目，验证主动流动控制技术工程应用的有效性，以期主动流动控制技术能成为航空飞行器及航空动力技术的重要突破点。

　　航空动力装置中的压缩系统存在较强的逆压梯度，易发生流动分离，导致性能下降。主动流动控制技术通过向流场注入能量，抑制流动分离，从而提升气动性能。中国航空发动机研究院和哈尔滨工业大学的研究团队，分别采用脉冲型和扫掠型流体振荡器，对静子角区分离流动、静子吸力面分离流动，以及转子叶顶的二次流动进行了主动控制效果验证，取得了较为显著的收益。

　　针对S形进气道和双转子压气机采用的S形中介机匣流道内容易出现流动分离的问题，中国航空发动机研究院的研究团队采用由32个流体振荡器组成的大型阵列，使用0.6%的激励流量，就使出口截面处的总压损失和总压畸变改善了20%左右，消除了内部存在的大尺度分离，证明了流体振荡器主动激励的有效性。

　　随着飞行器越来越追求极致的隐身性能，航空动力系统参与飞行过程控制的重要性也越来越凸显。发动机空气系统引气作为主动流动控制激励的能量源头，采用气动推力矢量控制、机翼环量控制、翼面分离抑制等主动流动控制技术，在无舵面参与的条件下，可以大幅提高飞行器的机动性能。

　　中国航空发动机研究院联合上海交通大学、中国民航大学等研究团队，提出了基于振荡射流激励的气动推力矢量控制技术和气动环量控制技术。基于微型涡喷发动机气动推力矢量试验测试平台，在97%的转速下，进行了自引气康达附壁气动推力矢量技术的地面验证试验，在压气机自引气流量2.3%条件下，气动推力矢量偏角可达到12°。研究团队构建了微型涡喷发动机与机翼环量控制技术之间的物理集成验证系统，通过与机械舵面飞机的虚拟飞行试验对比，在发动机转速大于67%时，飞行器具有等效机械舵偏角大于20°的能力。

　　主动流动控制技术能够有效拓宽压气机和风扇的稳定工作范围，提高发动机在复杂工况下的适应性。扫频射流激励器（SJA）作为一种新型的非定常主动流动控制技术，具有射流覆盖范围广、能量利用效率高、仅通过定常输入即可产生非定常作用效果等优势，在消除静子角区分离、抑制转子叶尖泄漏流等方面具有广阔应用前景。

　　哈尔滨工业大学研究团队针对压气机叶栅内的角区分离问题，提出了两种基于SJA的主动控制策略：叶片吸力面角区SJA布置策略和端壁SJA布置策略。研究表明，通过使用不超过叶栅进口总流量0.5%的激励流量，可使叶栅总压损失相比原型方案最大下降12.7%。

　　国内多个研究团队在主动流动控制技术方面取得了显著进展。中国航空发动机研究院搭建了高速纹影测试系统（如下图），联合上海交通大学的研究团队，开发了纹影测速方法，对高亚声速和超声速喷射下的振荡射流形态和设计规律进行了系统研究，揭示了特征尺寸、出口几何张角设计等参数变化对流体振荡器工作频率、扫掠张角等核心工作特征的影响规律。

　　国防科技大学罗振兵、赵志杰等人提出了基于无源合成双射流的飞行器新型滚转控制技术，并进行了飞行试验验证。该技术无需气源和管路供应系统，消除了“有源”射流飞控技术气源和管路阀门带来的结构复杂、重量大、能耗较高、管路泄露、阀门失效、停车失控等问题，不会造成推力损失。

　　厦门大学刘汝兵、林麒等研究了基于等离子体合成射流的S形进气道主动控制技术。通过正交实验法确定了控制位置、布局形式、动量系数和激励参数的最优组合，使壁面静压系数提高最大可达127.8%，出口稳态畸变指数降低了9.15%。

　　国外在主动流动控制技术方面的研究同样取得了重要进展。2024年，美国国防预先研究计划局（DARPA）正式开展X-65验证机项目，验证主动流动控制技术工程应用的有效性。无尾飞翼布局代表下一代飞行器的典型气动布局，无舵面飞行控制技术可以显著增强飞翼飞行器的高隐身性能和有效载荷能力，使其成为一种颠覆性技术，已获得广泛关注并逐步应用于先进飞行器中。

　　美国空军研究实验室和NASA等机构也在积极开发基于主动流动控制的飞行控制技术，如环量控制、流动分离控制和分离诱导控制等，并在多个验证机上进行了飞行测试。

　　发动机空气系统引气作为主动流动控制激励的能量源头，为气动推力矢量控制提供了可能。中国航空发动机研究院联合上海交通大学、中国民航大学等研究团队，提出了基于振荡射流激励的气动推力矢量控制技术。基于微型涡喷发动机气动推力矢量试验测试平台，在97%的转速下，进行了自引气康达附壁气动推力矢量技术的地面验证试验，在压气机自引气流量2.3%条件下，气动推力矢量偏角可达到12°。

　　机翼环量控制利用流体在曲面外形上的科恩达效应实施控制，通过在翼型圆弧后缘上表面放置切向射流，推迟边界层流动分离，增加翼型环量，进而大大提高翼型的升力。中国航空发动机研究院构建了微型涡喷发动机与机翼环量控制技术之间的物理集成验证系统，通过与机械舵面飞机的虚拟飞行试验对比，在发动机转速大于67%时，飞行器具有等效机械舵偏角大于20°的能力。

　　翼面分离抑制是主动流动控制技术的另一个重要应用领域。通过向边界层注入能量，可以延迟流动分离，提高升力和减小阻力。扫频射流激励器（SJA）被广泛应用于翼面分离抑制，其通过内部射流周期性地在混合腔两侧壁面附着，形成射流方向连续扫掠的动态输出，具有射流覆盖范围广、能量利用效率高等优势。

　　自激励扫频射流激励器（SSJA）作为一种零能量输入的非定常流动控制技术，通过压气机流场内部压差实现SSJA的自激励射流。与SJA主动流动控制技术相比，该技术无需外部气源供给，利用叶栅压力面与吸力面的压差，在吸力面产生非定常扫频射流。SSJA无需复杂的供气管道和调节阀，显著降低了系统复杂度，提升了工程应用可行性。

　　南京工业大学陆惟煜等提出了无源自激励射流叶片设计，通过数学公式的推导证明SSJA可产生与主流速度相近的出口速度，在不同工况下可使压气机叶栅总压损失系数降低2.8%～9.6%，且射流参数随来流条件呈现自适应特性。

　　技术性问题：缺乏对流动控制机理的全面认识及其应用的深入研究，对飞行器实际飞行环境的流动控制机理了解以及应用研究比较少；部分新型流动控制技术控制来流速度的范围十分有限。

　　可靠性问题：主动控制技术面临严峻的可靠性问题，对于闭环控制技术和动态控制过程的研究很少；整个控制系统涉及电子、电路、机械、材料等复杂系统，保障系统安全、有效的运行是一个挑战。

　　工艺性问题：主动流动控制激励器涉及复杂系统，实际应用的要求很高，难以在成型的飞行器上直接安装使用。其实际应用需要提升到总体设计的战略高度考虑，进行飞行器总体及主动流动控制技术应用的一体化设计。

　　发展先进的实验测试技术，包括体视PIV、层析PIV等三维流场测速技术以及压力敏感漆全流场测压技术等，以更好地理解流动控制技术的物理机理及其应用规律。

　　根据量纲分析、相似准则等原理提取飞行器实际飞行的相关参数，于风洞中开展实验研究；开展飞行实验研究，验证其控制效果，为实际应用积累经验。

　　改进现有的流动控制技术并且发展新概念流动控制技术，将不同流动控制技术结合来实现新的控制功能，以克服单一流动控制技术的某些缺点。

　　主动流动控制技术作为未来航空飞行器及航空动力技术的重要突破点，具有动态适应性、高性能增益、隐身性能提升和系统集成度高等独特优势。通过发动机空气系统引气作为能量源头，采用气动推力矢量控制、机翼环量控制、翼面分离抑制等主动流动控制技术，可以在无舵面参与的条件下大幅提高飞行器的机动性能和隐身能力。国内外研究团队在主动流动控制技术的验证过程中取得了显著技术创新，如流体振荡器、扫频射流激励器、无源合成双射流等技术的研究与应用。

　　然而，主动流动控制技术仍面临技术性、可靠性和工艺性等挑战，需要进一步发展先进的实验测试技术和数值方法，深入开展流动控制基础研究和应用研究，提升流动控制技术在飞行器设计中的地位，实现飞行器总体及流动控制应用的一体化设计。随着这些技术的不断成熟和完善，主动流动控制技术将在航空动力系统领域发挥越来越重要的作用，为未来航空器的发展提供坚实支撑。

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　　湖南泰德航空技术有限公司于2012年成立，多年来持续学习与创新，成长为行业内有影响力的高新技术企业。公司聚焦高品质航空航天流体控制元件及系统研发，深度布局航空航天、船舶兵器、低空经济等高科技领域，在航空航天燃/滑油泵、阀元件、流体控制系统及航空测试设备的研发上投入大量精力持续研发，为提升公司整体竞争力提供坚实支撑。

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　　湖南泰德航空始终坚持创新，建立健全供应链和销售服务体系、坚持质量管理的目标，不断提高自身核心竞争优势，为客户提供更经济、更高效的飞行器动力、润滑、冷却系统、测试系统等解决方案。

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