低雷诺数下机翼气动力迟滞环及其控制特性研究

发布时间：2020-04-29 23:02

【摘要】：低雷诺数流动在涡轮叶片、风力机、低速飞行器,高空长航时无人机等方面都有着广泛的应用。低雷诺数下机翼气动性能恶化在机翼失速迎角附近会产生静态迟滞现象,出现气动力迟滞环。对NACA633-421机翼模型进行了针对气动力迟滞环的研究。实验雷诺数Re=1.24E5条件下机翼在迎角7°~12°和20°~25°出现了两个气动力迟滞环,层流分离泡无法抵抗逆压梯度破裂消失是导致失速发生的主要原因,回程时机翼在失速迎角下无法形成层流分离泡结构以稳定上翼面流动是机翼出现静态迟滞的原因。探究了机翼前缘控制缝对机翼气动力迟滞环的影响。在实验雷诺数Re=1.24E5条件下,机翼前缘布置被动控制缝后中小迎角下的气动力迟滞环消除,被动控制促进了边界层转捩,增加了气流边界层能量,使层流分离泡在机翼迎角为12°时依然可以稳定存在。但是大迎角迟滞现象依然存在,失速迎角与再附迎角推迟,迟滞区域略有增大。存在前缘控制缝后前缘层流分离泡缩小是失速迎角和再附迎角增大的原因。应用热线探针技术和粒子图像测速技术,对合成射流激励器出口流场特性进行了实验研究,并将合成射流技术应用于低雷诺机翼气动力迟滞环的主动流动控制,在低雷诺数来流条件下(Re=1.24E5),消除了21°~27°区域迟滞环。
【图文】：

飞行物,分布带,雷诺数

图 1.1 飞行物飞行雷诺数分布带（Carmichael，1981）于机翼弦长的雷诺数在 104~106范围内属于低雷诺数范畴，流体在低雷诺数条件流状态，此时，气流抵抗逆压梯度的能力较弱，分离、转捩等流动现象更容易发范围内，机翼表面的流动与常规飞行器的典型流动结构及特征发生较大差异，层非定常效应为此时空气动力学所存在的最主要特点，表面粗糙度和湍流度等因素流场和气动性能造成改变。在低速飞行器、小型无人机、风力机叶片以及高空长众多工程应用领域中，翼型都长期工作在低雷诺数范围。经典的空气动力学设计的是高速大尺寸飞行器，其基于机翼弦长的雷诺数普遍大于 106，机翼在低雷诺能与高雷诺数状态相比显著恶化，特殊的气动现象与问题引起人们的广泛关注。力机等等机翼表面的流动也在低雷诺数的范围内，并随着近年来微型飞行器（M行器（Remotely Piloted Vehicles RPVS）以及邻近空间低速飞行器等的广泛应用，现的流动非定常以及层流分离等等不同于常规飞机飞行雷诺数时的特征成为了发理论及工程应用所不可避免的热门问题。制约低雷诺数下翼型设计的瓶颈之一便升阻比气动设计，以克服该雷诺数下出现的升力不足，阻力上升难题。对于高雷阻力构成来说，边界层粘性效应十分微小，不在同一量级上可以忽略，而在低雷

气动布局,无人机,全球,流动控制

图 1.2 全球鹰无人机图 1.3 翔龙无人机自从 1904 年普朗特提出边界层理论后，流动控制一直都是流体领域研究的前沿和热点。通过近几十年的发展，飞行器的气动布局设计技术日趋成熟，机翼的设计仅从气动外形着手的话，其气动性能也难以获得跨越式的提升。因此，，在未来的飞行器设计与研制过程中，流动控制将占据越来越重要的地位，变得不可替代。在全机减阻，涡流控制，大迎角高机动，气动噪声控制，分离流控制等方面，流动控制都有着自己得天独厚的优势[5][6]。当前我国大型民用客机正处在追赶外国的阶段，面对国际航空产业的激烈竞争，面对其他航空强国已经建立的科技优势和技术壁垒，我们想要弯道超车有所突破，就必须要开展以减阻降噪、噪声控制和分离控制等先进的流动控制技术的研究。1.2国内外研究现状近十几年，国内外相关学者对分离流动以及分离流动带来的静态迟滞现象和流动控制进行了大量的研究。1.2.1低雷诺数流动特性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V211.41

【参考文献】