[发明专利]一种基于DMD方法的流动分离控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于DMD方法的流动分离控制系统及方法，该系统包括：依次相连的控制模块、计算模块和测量模块；执行模块设置在被控流场中，用于执行流动分离控制；测量模块沿流动方向设置在执行模块之后的被控流场中，用于实时测量被控流场的流场信息，并反馈给计算模块；计算模块基于DMD方法，对流场信息进行实时分析处理，并调节执行模块对应控制措施的强度；该方法利用DMD方法实时识别出失稳频率，从而调整执行模块，形成一种闭环的流动分离控制方法，克服了传统的流动分离控制方法无法根据流场实时反馈进行实时调节控制参数的弊端，同时可以适应不同应用对象和工况；此外，可以避免单点分析造成在流场分离区外判定全流场是稳定的局部误判。

技术领域

本发明涉及流动分离控制技术领域，具体涉及一种基于DMD方法的流动分离控制系统及方法。

背景技术

流动分离是一种常见的流动状态，例如飞机机翼的附面层分离、汽车外表面的流动分离、发动机叶片表面的流动分离等，一般流动发生分离之后会造成一定的负面影响，如机翼的升力减小、汽车阻力增加、发动机效率减小等。常见的流动分离控制方法是设置扰流装置或是抽吸气，这些方法往往基于前期大量的试验或经验，设置固定的流动分离控制参数，如固定大小的扰流装置、固定的抽吸气量等，在不同的场景及工况下，流动控制效果可能不够理想。

而DMD(Dynamic Mode Decomposition，动模态分解)方法是将全流场的参数投影到频域中，着眼于频域内扰动的增长或是衰减过程，其用来分析流体流动的稳定性问题与流动本身的稳定性理论有着很好的相似性，对于同一个流场信息序列，如果将其看成空间结构随着时间发展的序列，那么这就是时间DMD方法分析；如果将其看成是空间结构沿流向发展的序列，那么这就是空间DMD分析，即DMD方法分析是一个流场区域的全局稳定性分析方法，可以避免单点分析造成在流场分离区外判定全流场是稳定(无分离流动)的局部误判，因此，可将其应用于流动分离流场的稳定性控制技术中。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于DMD方法的流动分离控制系统及方法，根据流场的实时测量结果，能够通过DMD方法识别出失稳频率，进而实时调整执行模块的控制强度，从而形成闭环的流动分离控制，直至流动分离得到控制。

本发明的技术方案为：一种基于DMD方法的流动分离控制系统，包括：依次相连的控制模块、计算模块和测量模块；

所述执行模块设置在被控流场中，用于执行流动分离控制；测量模块沿流动方向设置在执行模块之后的被控流场中，用于实时测量被控流场的流场信息，并反馈给计算模块；计算模块基于DMD方法，对流场信息进行实时分析处理，并调节执行模块对应控制措施的强度。

优选地，所述执行模块的控制措施为：吹气或振动或设置可变型线扰流装置进行扰流。

优选地，所述可变型线扰流装置为扰流肋板。

一种基于DMD方法的流动分离控制方法，包括以下步骤：

第一步：计算基准流场的基准失稳频率f₀；

第二步：向执行模块输出控制指令，执行模块根据控制指令采取相应的控制措施对被控流场进行控制；

第三步：计算执行模块施加控制措施后流场的失稳频率f；

第四步：当ff₀时，则减弱执行模块的控制强度；当f＜f₀时，则增强执行模块的控制强度；

第五步：重复第二步至第四步，直到计算模块计算得出的流场特征值λ＝1，则流场处于稳定状态，流动分离得到控制。

优选地，所述基准流场指执行模块未采取控制措施的流场。

优选地，所述DMD方法的分析过程包括：

将流场信息按照以下方式进行分解重构：