机翼增升减阻的流动控制研究
发布时间：2021-06-28 17:57
机翼作为飞机的关键部件,增升减阻事关机翼设计及其优化的成败。机翼增升减阻亟待攻克两大技术难关:一是解决低速时流动分离、高速时产生激波导致升/阻特性恶化的问题,二是解决在非设计状态下对升/阻特性变差如何进行改善的问题。流动控制的本质是控制流场的局部流动,利用流体间流体动力的相互作用,引发流场的局部或全局流动改变。尤其是基于微型流动控制器件的流动控制,是现代流体力学及交叉学科活跃的研究领域,也是飞行器未来创新发展的重要源头和新的技术制高点。尽管控制器件、控制机理、控制效果三位一体,一直是制约流动控制技术实用化的瓶颈难题,但随着流动控制技术自身的研究和发展,以及计算、试验和测量等手段的配套完善,协调解决机翼增升减阻中的流动控制问题、达成实用化目的成为可能。通过分析升力或阻力的产生机制,应选择适宜的流动主动/被动控制策略来增加升力或减小阻力。翼型的升力是物面压强分布积分的结果,依据升力的产生机制和流动的性态对翼型升力的影响,可利用零质量射流改善翼型表面的压强分布以增加升力。若不计及机翼与飞机其它部件的干扰阻力,机翼自身的阻力可分为四种:由迎风面积而形成的压差阻力、由存在激波而形成的激波阻力、由...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：201 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
新型气动布局的飞机
图 1.4 翼身融合布局飞机中的流动控制技术流动控制技术成为飞行器新的技术制高点。先进战斗机和战术导弹通常以大攻角的快速俯仰、滚转和偏航及其耦合运动为主要战技标志，与此相关联的流动以非定常旋涡及其非定常涡破裂等现象为典型流动特征。例如，美国在研究第四代战斗机大攻角气动特性时发现，前体涡将产生非定常非对称的侧向力和偏航力矩，诱使飞机出现滚转、偏航以及复杂的耦合运动。因为常规控制面有时难以控制，为此开展了流动控制技术及相关气动问题研究。分析产生上述问题的流动机理：在小攻角下，流动大都是附体的，即使有分离也大多是对称的。随着攻角增大，由于流动出现不稳定性，机头或弹头的各种扰动都可能使得对称流动变为非对称流动，并且进一步出现从头部发出的涡破裂；攻角再大（例如 >30 ），涡的破裂呈前后移动，其破裂后涡的泡型、螺旋型的形状发生急剧的变化，而且仍然是不对称的。在一定攻角下，涡破裂、分离流和非对称三者相互作用导致飞行器出现强烈的非定常运动。为了避免上述流动演化行为的发生，人们研究了多种控制流动的措施，如头部加可移动边条、采用喷流技术、表面吹气吸气以及其它更为复杂的控制手段。欧洲在 2020 航空愿景（European Aeronautics 2020 Vision ）
机为追求隐身性能而采用埋入式 S 弯进气道和内埋武器舱，必才能满足遂行任务的要求；往代的战斗机在中等迎角时通常会振、失速、不可控横航向运动等问题，第四代战斗机在大迎角，必须解决大迎角过失速状态的气动控制问题，都涉及非定常控制问题。，美国把空气动力技术作为仅次于核技术的关键技术对我国严罗斯也增加了与我国空气动力交流合作项目的限制。受失败教验的启发，流动控制技术是一项需要大力发展的国家安全重大苛刻的国际环境，必须立足自身，创新发展。机是我国综合国力和创新发展的标志性工程。在大飞机总体设之后，还需要寻求和运用科学合理的流动控制手段进行优化设动控制的对象来看，可以对大飞机的机身、机翼、发动机、舵流场的精细化控制：控制机身绕流以减小摩擦阻力和后体阻力增加升力和减少阻力，控制发动机内流以增强掺混、抑制噪声控制舵面流动以延缓或抑制边界层分离（图 1.5）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种k-ω型湍流模型在无网格方法中的应用研究[J]. 蔡晓伟,谭俊杰,王园丁,任登凤,WANG Huasheng,石清. 空气动力学学报. 2014(05)
[2]基于涡流发生器控制民机后体流动分离与减阻机理的实验研究[J]. 杜希奇,蒋增,佟胜喜,何宏伟. 工程力学. 2012(08)
[3]微型涡流发生器控制SCCH增升构型流动分离研究[J]. 褚胡冰,张彬乾,陈迎春,李亚林,毛俊. 中国科学:技术科学. 2012(08)
[4]跨音速机翼采用鼓包主动减阻技术研究[J]. 杨洋,陈迎春,黄炜. 民用飞机设计与研究. 2012(02)
[5]微型涡流发生器控制增升装置流动分离研究[J]. 褚胡冰,张彬乾,陈迎春,李亚林. 西北工业大学学报. 2011(05)
[6]CFD模拟方法的发展成就与展望[J]. 阎超,于剑,徐晶磊,范晶晶,高瑞泽,姜振华. 力学进展. 2011(05)
[7]控制超临界翼型边界层分离的微型涡流发生器数值模拟[J]. 石清,李桦. 空气动力学学报. 2011(04)
[8]涡流发生器布局方式对翼型失速流动控制效果影响的实验研究[J]. 郝礼书,乔志德,宋文萍. 西北工业大学学报. 2011(04)
[9]增升装置微型涡流发生器数值模拟方法研究[J]. 褚胡冰,陈迎春,张彬乾,李亚林. 航空学报. 2012(01)
[10]增升减阻流动控制技术的数值模拟研究[J]. 石清,李桦. 空气动力学学报. 2011(03)
硕士论文
[1]零质量射流流场数值模拟方法研究[D]. 石雅楠.南京航空航天大学 2015
[2]涡流发生器控制超临界机翼附面层分离研究[D]. 张进.西北工业大学 2005
本文编号：3254785
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：201 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
新型气动布局的飞机
图 1.4 翼身融合布局飞机中的流动控制技术流动控制技术成为飞行器新的技术制高点。先进战斗机和战术导弹通常以大攻角的快速俯仰、滚转和偏航及其耦合运动为主要战技标志，与此相关联的流动以非定常旋涡及其非定常涡破裂等现象为典型流动特征。例如，美国在研究第四代战斗机大攻角气动特性时发现，前体涡将产生非定常非对称的侧向力和偏航力矩，诱使飞机出现滚转、偏航以及复杂的耦合运动。因为常规控制面有时难以控制，为此开展了流动控制技术及相关气动问题研究。分析产生上述问题的流动机理：在小攻角下，流动大都是附体的，即使有分离也大多是对称的。随着攻角增大，由于流动出现不稳定性，机头或弹头的各种扰动都可能使得对称流动变为非对称流动，并且进一步出现从头部发出的涡破裂；攻角再大（例如 >30 ），涡的破裂呈前后移动，其破裂后涡的泡型、螺旋型的形状发生急剧的变化，而且仍然是不对称的。在一定攻角下，涡破裂、分离流和非对称三者相互作用导致飞行器出现强烈的非定常运动。为了避免上述流动演化行为的发生，人们研究了多种控制流动的措施，如头部加可移动边条、采用喷流技术、表面吹气吸气以及其它更为复杂的控制手段。欧洲在 2020 航空愿景（European Aeronautics 2020 Vision ）
机为追求隐身性能而采用埋入式 S 弯进气道和内埋武器舱，必才能满足遂行任务的要求；往代的战斗机在中等迎角时通常会振、失速、不可控横航向运动等问题，第四代战斗机在大迎角，必须解决大迎角过失速状态的气动控制问题，都涉及非定常控制问题。，美国把空气动力技术作为仅次于核技术的关键技术对我国严罗斯也增加了与我国空气动力交流合作项目的限制。受失败教验的启发，流动控制技术是一项需要大力发展的国家安全重大苛刻的国际环境，必须立足自身，创新发展。机是我国综合国力和创新发展的标志性工程。在大飞机总体设之后，还需要寻求和运用科学合理的流动控制手段进行优化设动控制的对象来看，可以对大飞机的机身、机翼、发动机、舵流场的精细化控制：控制机身绕流以减小摩擦阻力和后体阻力增加升力和减少阻力，控制发动机内流以增强掺混、抑制噪声控制舵面流动以延缓或抑制边界层分离（图 1.5）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种k-ω型湍流模型在无网格方法中的应用研究[J]. 蔡晓伟,谭俊杰,王园丁,任登凤,WANG Huasheng,石清. 空气动力学学报. 2014(05)
[2]基于涡流发生器控制民机后体流动分离与减阻机理的实验研究[J]. 杜希奇,蒋增,佟胜喜,何宏伟. 工程力学. 2012(08)
[3]微型涡流发生器控制SCCH增升构型流动分离研究[J]. 褚胡冰,张彬乾,陈迎春,李亚林,毛俊. 中国科学:技术科学. 2012(08)
[4]跨音速机翼采用鼓包主动减阻技术研究[J]. 杨洋,陈迎春,黄炜. 民用飞机设计与研究. 2012(02)
[5]微型涡流发生器控制增升装置流动分离研究[J]. 褚胡冰,张彬乾,陈迎春,李亚林. 西北工业大学学报. 2011(05)
[6]CFD模拟方法的发展成就与展望[J]. 阎超,于剑,徐晶磊,范晶晶,高瑞泽,姜振华. 力学进展. 2011(05)
[7]控制超临界翼型边界层分离的微型涡流发生器数值模拟[J]. 石清,李桦. 空气动力学学报. 2011(04)
[8]涡流发生器布局方式对翼型失速流动控制效果影响的实验研究[J]. 郝礼书,乔志德,宋文萍. 西北工业大学学报. 2011(04)
[9]增升装置微型涡流发生器数值模拟方法研究[J]. 褚胡冰,陈迎春,张彬乾,李亚林. 航空学报. 2012(01)
[10]增升减阻流动控制技术的数值模拟研究[J]. 石清,李桦. 空气动力学学报. 2011(03)
硕士论文
[1]零质量射流流场数值模拟方法研究[D]. 石雅楠.南京航空航天大学 2015
[2]涡流发生器控制超临界机翼附面层分离研究[D]. 张进.西北工业大学 2005
本文编号：3254785
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