由火花放电产生的等离子体合成射流作为一种新型的主动流动控制技术,具备良好控制效果。由于其工作时不需要独立的气源供应系统,仅依靠自身的工作特点便可完成“吹/吸气”的过程,而且设备结构简单、体积小、重量轻、易于维护,在抑制机翼表面的流动分离、抑制气动噪声以及飞行器控制方面都有很大应用潜力。但是传统的火花放电激励器在长时间工作时会出现吸气不足,进而导致激励器射流速度降低的情况,为此本文提出了通过单向阀来改善火花放电等离子体合成射流性能的方案。首先,根据热力学相关理论,对火花放电等离子体合成射流激励器工作的能量沉积阶段、射流喷出阶段、吸气复原阶段以及腔体散热分别建立数学模型并进行了理论计算分析,并根据理论计算结果引入气体动力学相关理论后对补气式等离子体合成射流激励器的数学模型进行了修改,并分析了不同单向阀入口直径和入口长度对吸气复原理论计算结果的影响。计算结果表明较大的入口直径和较短的入口长度可以使单向阀的补气效果更好。接着,进行了常规单向阀的补气实验。通过拆解分析规律较为明显的Ⅱ号常规单向阀,通过分析其工作原理,将单向阀漏气原因分为两种,一是单向阀阀芯响应频率不足导致单向阀漏气;二是激励器内部的高频、高压气流直接冲击单向阀阀芯使其漏气。通过对单向阀阀芯响应时间、单向阀反向漏气压力以及单向阀开启压力的实验测量,对漏气原因进行了验证。然后针对单向阀的第一种漏气原因,分别使用了 PEI材料的阀芯以及改变单向阀阀芯的厚度改装了常规单向阀,实验结果表明使用PEI阀芯的单向阀不能改善合成射流的性能,这是因为其硬度较大不能与单向阀贴合,导致单向阀在工作时漏气;使用0.3 mm硅胶阀芯的单向阀能在个别频率点改善等离子体合成射流的性能,但是效果不稳定,使用0.5 mm硅胶阀芯的单向阀不能改善等离子体合成射流的性能,但是在多个频率点可以改善由于单向阀的漏气情况。最后针对激励器内部的高频、高压气流直接冲击单向阀阀芯而导致漏气的原因,设计并制作了Ⅰ号和Ⅱ号补气单向阀。由于Ⅰ号补气单向阀在设计时考虑到对激励器内部气流进行缓冲以及减小单向阀的开启压力,所以可在其反向耐受压力范围内改善等离子体合成射流的性能。由于环形的阀芯在受压时,存在形变不均匀的问题,导致不能与单向阀贴合而漏气。同时没考虑减小单向阀的开启压力,所以Ⅱ号补气单向阀对激励器的射流不能起到改善作用。Ⅰ号补气单向阀搭配不同厚度的硅胶阀芯对等离体合成射流的改善作用是不同的,因为这改变了阀芯的固有频率。Ⅰ号补气单向阀也可以解决由于传统激励器工作时内部空气量不足而导致的射流平均速度的降低问题。Ⅰ号补气单向阀能改善激励器合成射流性能的机理是单向阀进气口开启时使激励器的激励电压升高,更高的放电电压为射流注入更高的能量,从而使射流速度增加,所以射流喷出后激励器内部的负压更为明显,这为吸气复原提供了更充足的动力,随后外部空气经过射流出口以及单向阀为激励器补充足够的空气,依此良性循环提高激励器的射流性能。本文的研究成果为解决传统激励器补气不足的问题提供了新的可行方案,同时通过实验验证了通过改变单向阀阀芯的固有频率、避免激励器内部气流对阀芯直接冲击以及减小单向阀开启压力等方式设计的单向阀可以改善等离子体合成射流的性能。