国防科大团队研制新型耦合模型，为双合成射流激励器设计提供关键工具

国防科技大学空天科学学院Liu Yuanyuan、Luo Zhenbing,Peng Wenqiang, Zhao Zhijie, Liu Qiang在《Chinese Journal of Aeronautics》发表题为《Single-degree-of-freedom fluid-structure interaction model of dual synthetic jets actuator》（双合成射流作动器的单自由度流固耦合模型）的论文【1】，提出了一种能够精准预测双合成射流作动器频率响应的新模型，为高性能流动控制装置的设计与优化提供了重要理论基础。

合成射流作动器是一种无需净质量输入的流动控制装置，在飞行器增升、无舵面控制等领域具有广泛应用。双合成射流激励器相比传统单腔结构具有更强的动量输运能力，但其内部流动与结构振动耦合复杂，尤其工作频率对射流形态与演化特性影响显著。现有数值模拟方法常将边界条件幅值与频率解耦，难以准确研究频率的影响机制，而高精度流固耦合模拟又存在计算成本高昂的问题。

为此，研究团队创新性地将压电薄膜的振动简化为单自由度活塞运动，并将其与可压缩非定常雷诺平均Navier-Stokes方程进行耦合求解，建立了“单自由度流固耦合模型”。该模型既保证了计算精度，又显著提高了计算效率，适用于激励器的快速设计与性能分析。

研究发现，双合成射流激励器的频率响应存在两个共振峰，分别对应薄膜的机械共振和腔体的赫姆霍兹共振。工作频率会改变薄膜速度与射流速度之间的相位差，进而影响腔内流动状态。在低频阶段，腔内流动接近不可压，薄膜振动直接驱动射流；而在高频阶段，薄膜振动首先压缩腔内空气，随后由压力梯度驱动射流。这一由相位延迟机制诱导的压力行为差异，为激励器腔体的优化设计提供了关键依据。

该模型的建立，显著降低了对复杂激励器进行性能研究与优化设计的实验成本和周期，对推动合成射流技术在航空航天流动控制领域的实用化具有重要意义。

在模型验证实验中，研究团队采用航华CTA04热线风速仪测量射流速度。热线探头通过航华CR04校准器在0-80米/秒范围内进行标定，确保了速度测量的准确性。实验结果表明，该模型在共振区的平均计算误差仅为6.4%，与实验结果高度吻合。

[1] LIU Y, LUO Z, PENG W et al.. Single-degree-of-freedom fluid-structure interaction model of[J/OL]. Chinese Journal of Aeronautics, 2025: 103810. https://doi.org/10.1016/j.cja.2025.103810. DOI:10.1016/j.cja.2025.103810.