《機翼水面效應與翼尖渦結構的相關性機理PIV實驗研究》是依託上海大學，由代欽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：機翼水面效應與翼尖渦結構的相關性機理PIV實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：代欽
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
近自由水面飛行體的翼面由於受到波浪擾動和地面效應的影響，其翼尖渦流動結構呈現出不同於在自由空間或近剛性地面附近飛行時的流動結構，從而導致機翼空氣動力學特性的差異。針對這一問題，擬在風水槽中用粒子圖像測速（PIV）技術測量近自由面機翼翼尖渦瞬態速度場及演化過程，同時配合對機翼氣動參量的測量和比較分析，探討機翼三維流場結構演化與機翼氣動載荷的相關性；將PIV瞬態速度場經統計運算獲得的流場時均和相平均結果，與機翼氣動參量測量結構進行比較分析，闡明近自由表面機翼翼尖渦流場與自由表面相互作用的內在力學機制，以及由於氣液耦合對機翼氣動載荷產生影響的規律和機理。機翼近自由表面飛行問題存在特殊的實驗環境和邊界條件，蘊藏著新的力學現象有待發現，因此具有重要的基礎研究價值，同時對地效飛行器的設計和認識近海面鳥類飛行減租機理都具有重要的意義。
結題摘要
本課題進行了自由表面附近機翼翼尖渦流場結構及機翼氣動力等方面的實驗測量和數據分析，探討近自由表面翼尖渦流場結構與機翼流動分離、氣動特性的相關性機理；在研究過程中不斷改進和完善實驗方案，發展地面效應空氣動力學的模型實驗技術,開展了對稱翼型機翼、非對稱翼型機翼、後緣增升裝置機翼在地面效應條件下的相關的實驗研究，實驗雷諾數約為86000~200000之間，並針對具體研究問題，分別在風浪槽、風洞和拖曳水池中開展了實驗觀測，主要的測試儀器為PIV、七孔探針、風洞天平、壓力掃描閥等。主要在以下四個方面獲得了一定研究成果： 1、自由表面影響下的對稱翼型機翼翼尖渦結構及氣動力特性 對稱機翼翼尖渦結構形態是整個研究項目的基礎，研究結果做為最基本的數據與非對稱及安裝了增生裝置的機翼試驗結果相對比。研究發現小攻角時近自由表面的機翼可以獲得比在剛性地面附近更高的氣動效率，而中等以上攻角剛性地面附近氣動效率較高，原因在於小攻角時機翼下方興波對翼尖渦的抑制作用增強，使誘導阻力比剛性地面附近更小； 2、非對稱翼型機翼翼尖渦及氣動特性 該部分研究發現，隨著機翼逐漸靠近地面，失速前升力係數隨攻角的變化率逐漸偏離線性，曲率增加，飛行高度越低曲線曲率越大，最終不同高度下的升力係數曲線均在攻角3度附近相交，表明，以3度攻角飛行時，機翼對地面效應不敏感；同時研究發現，當下翼面與地面或自由表面形成先收縮後擴張的通道時，在小飛行高度機翼會受到負地面效應的作用。翼尖渦在地面間隙的擠壓下向翼尖外層運動，增加了渦核間距，使誘導阻力下降；正弦波浪表面機翼氣動力表現出周期性，但與波浪周期存在相位差，且不為正弦波形； 3、Gurney襟翼對地面效應條件下翼尖渦結構和氣動特性 該部分內容研究Gurney襟翼對地效翼的增升效果及翼尖渦結構的影響，研究結果表明Gurney襟翼使機翼的升力得到明顯提升，但阻力也隨之增加，原因在於襟翼阻礙了下翼面流動，使流速下降同時增大了機翼迎風面積，同時，襟翼周圍穩定的雙渦結構也使翼面壓力分布發生變化，改變了機翼的俯仰力矩特性。襟翼使得翼尖渦核渦量明顯大於乾淨機翼； 4、微型後緣裝置mini-TED對地面效應條件下翼尖渦結構和氣動特性的影響 該部分內容研究了加裝後移式mini-TED的非對稱機翼對地面效應下翼尖渦和氣動力的影響。研究發現，mini-TED使機翼的氣動中心
