基本介紹
- 中文名：大迎角鴨翼渦主動高效控制技術研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：劉沛清
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大量研究表明，近耦合鴨式布局在中大迎角下，利用鴨翼和主翼渦系之間的有利干擾，可以明顯延遲主翼渦的破裂和增大布局失速迎角，這對提高布局的機動性具有重要作用。但因鴨翼受主翼的上洗作用，在此迎角範圍內鴨翼渦容易破裂，從而導致鴨翼控制效率明顯降低。鑒於此，本項研究將鴨翼作為渦發生器，通過實驗和數值模擬研究，利用高頻脈衝射流激勵器探索一種高效節能的主動渦控制技術，用以延遲和控制鴨翼渦的破裂，進而通過鴨翼渦與主翼渦的有利干擾，實現對近耦合鴨式布局主翼渦的間接控制，並且通過建立控制參數、布局參數和氣動參數之間的定量關係，揭示高效主動控制鴨翼渦的規律。
結題摘要
近耦合鴨式布局在中大迎角下，鴨翼和主翼渦系之間的有利干擾可以明顯延遲主翼渦的破裂和增大布局失速迎角。但因鴨翼受主翼的上洗作用，在此迎角範圍內鴨翼渦容易破裂，從而導致鴨翼控制效率明顯降低。鑒於此，本項研究將鴨翼作為渦發生器，通過實驗和數值模擬研究，利用高頻脈衝射流激勵器探索一種高效節能的主動渦控制技術，用以延遲和控制鴨翼渦的破裂，進而通過鴨翼渦與主翼渦的有利干擾，實現對近耦合鴨式布局主翼渦的間接控制，並且通過建立控制參數、布局參數和氣動參數之間的定量關係，揭示高效主動控制鴨翼渦的規律。首先完成了高速的活塞式合成射流激勵器，在距離出口其60倍寬度的位置上射流速度仍能達到31m/s。鴨翼展向射流實驗表採用不同脈衝頻率f和脈衝寬度q的組合，在某一連續吹氣動量係數C情況下進行實驗，脈衝吹氣可以獲得較小連續吹氣動量係數情況下的升力值。布局平均升力係數隨脈衝寬度的增加而增大。當脈衝寬度小於0.8時，布局平均升力係數隨脈衝頻率的增加而增大；當脈衝寬度大於0.8時，布局平均升力係數基本不隨脈衝頻率變化。渦（流動）延遲時間與迎角和鴨翼後掠角有關；與脈衝頻率、脈衝寬度和吹氣動量係數無關。當機翼渦在機翼表面出現破裂時，破裂延遲的前緣渦不容易回到原來的破裂狀態，渦（流動）延遲時間相對較長；當前緣渦剛開始生成或完全破裂時，翼面流動處於穩定狀態，渦（流動）延遲時間相對較短。同時,為了進一步提高主動間接渦控技術的效率,利用水槽PIV實驗和CFD研究了鴨式布局雙渦干擾的機理.首先，由於鴨翼渦的下洗，主翼渦有效迎角減小，逆壓梯度也得以減小，旋渦的破裂被延緩，在下洗影響區之後主翼渦的強度更大，升力也更大。進行吹氣控制後的鴨翼渦強度大幅提高，與主翼渦的距離也較遠，二者無法迅速合併，尤其是更強的鴨翼渦有著更強的下洗作用，這進一步提高了主翼渦的穩定性。脈衝吹氣能夠像連續吹氣一樣延緩旋渦的破裂，但是在f＞1Hz之後，隨著脈衝的頻率增加旋渦的破裂位置變化不明顯，相對而言旋渦破裂前的流向速度變化更為明顯，較大的脈衝頻率可以有效的提高旋渦的軸向速度，增強旋渦的穩定性。研究同樣表明，鴨式布局的同向渦對會趨於融合。壁面的存在使得同向的旋渦更快地相互靠近，加快同向渦對開始融合的趨勢，二次渦是一個重要的影響因素。但是關於旋渦融合與旋渦破裂的關係上需要進一步的研究，以最終實現通過控制旋渦的融合來影響旋渦的破裂。
