运输机后体流动分离的主动控制研究

发布时间：2020-05-04 12:42

【摘要】：机身后体流动分离对军用运输机飞行阻力影响大,机身后体减阻技术的应用对于军用运输机具有重要价值。传统的军用运输机性后体结构以及被动式减阻技术已经不能满足未来战争对军用运输机的要求;基于主动控制的后体流动分离抑制技术在飞行器减阻方面有广泛的应用前景。本文对火花型合成射流应用于运输机后体流动分离控制开展了数值仿真和影响因素的研究工作。主要研究内容和结论如下:1)对典型军用运输机C130机身后体流场进行数值模拟,发现后体分离存在气泡型分离和分离漩涡两种结构。气泡型分离将高速主流区与低速粘滞流区分隔开来;而分离漩涡从后体两侧分离而出,向下游发展和扩散,并最终耗散。随着迎角减小,两侧低压区域不断扩大并拉长,压差阻力系数不断减少。2)将火花型合成射流应用于两维机身后体模型的气泡型分离控制,对比了不同激发器位置、激励能量、频率以及合成射流入射角度对流动分离和减阻效果的影响。对比分析后得到:分离点处以及分离点后施加激励的控制效果更好。大能量激励下的分离控制效果好,但减阻效果差,小能量激励则相反。低频激励时存在控制真空期,而高频激励下射流的总喷射动量更大,所以减阻效果更好。随着合成射流入射角的增加,分离控制效果减弱,回流区增大。根据单激发器吸气回填阶段抑制分离效果减弱的缺陷,提出了三激励器异相位工作方案。在总激励能量相同的条件下,三激发器异相位工作的减阻效果优于单激发器工作。将火花型合成射流与当量的定常射流、脉冲射流相比较,脉冲射流减阻效果优于定常射流,火花型合成射流优于脉冲射流。3)开展合成射流对三维运输机机身后体模型流动分离控制的数值模拟,对比了不同射流孔倾角、激励能量和频率对分离控制与减阻效果的影响。研究结果表明:30°倾角的射流对分离的控制效果更好,在抑制底部气泡型分离的同时,也对分离漩涡区产生影响,削弱漩涡的旋向速度。激励频率较低时,存在控制真空期;激励频率越高,后体减阻效果越好,存在适当的激发频率,达到最佳减阻性价比。激励能量越大,合成射流的工作性能越好,减阻效果越好,但付出的能量代价越大。总能量激励相同的条件下,高频低能量的工作方式优于低频高能量。
【图文】：

军用运输机

南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1 研究背景为了满足军方快速部署军事物资，作战人员和战斗装备的需求，军用运输机应运而生。用运输机追求更大的飞行航程和有效运载负荷，同时需要在简陋的机场环境下进行起降，在夜复杂的天气环境下飞行运输，因此其设计要求和民用客机有所不同。运输机通常拥有宽大平的机身与机尾舱门，配备了较为完善的通信设备，同时机身结构强度较高以提高其耐用性典型的军用运输机如图 1.1 所示。军用运输机是国家国防战略必不可少的空中装备，已经成衡量一个国家综合国力和国防实力的重要标志[1]。

装卸货物,运输机

运输机后体流动分离的主动控制研究的目的在于，运输机可以在不需要地面装备辅助的情况下，利用机尾舱门作为运输的货桥，而自动装卸军事装备与战时物资[4]，如图 1.2 所示。同时，尾部扁平化的大舱口还可以满足直机和坦克等大型作战装备运输时所需要的尺寸。但采用该种大上翘角设计会造成后体机身表周向逆压梯度的增大，使得经过机身后体的气流出现横向流动和汇聚，最终产生流动分离，加了运输机的飞行阻力。在运输机机身的后体上翘角和长细比不变时，影响运输机机身气动力特性和后体流动分离的主要因素是扁平度[5]。未来运输机更大装载容积的需要，使得采用客 A300 一样宽体机身的设计成为必然。宽体机身的扁平度更大，进一步增加了机身的周向压梯度，造成流线的汇聚与分离。相比民用运输机，，后体流动分离现象对军用运输机的影响为显著。
【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

【参考文献】