環量控制翼型

環量控制翼型（circulation control airfoil）是一種新型高升力翼型，其在圓後緣上部開縫，高壓氣體從開縫噴出，形成沿著圓後緣曲壁的吹氣氣流(壁面射流)。邊界層分離點位置被推遲，同時，外流受高速吹氣氣流的挾帶作用，使翼型繞流產生很大的環量，獲得高升力。

基本介紹

• 中文名：環量控制翼型
• 外文名：circulation control airfoil
• 性質：一種新型高升力翼型
• 運用技術：環量控制技術
• 一級學科：航空科技
• 二級學科：航空器

簡介

環量控制翼型做為一種新型的高升力翼型，通過後緣處引出的射流的附壁效應來產生環量或升力。該翼型能在較小的射流動量下產生很大的環量，並能通過調節射流量的大小來控制環量的大小及流動狀況。該翼型在葉輪機械、直升機旋翼以及V/STOL（垂直/短距起降，vertical and short take-off and landing）飛行器上具有很好的套用前景。其吹氣量可控的特點可望用於控制顫振及失速的發生，是重要的流動控制手段之一。對環量控制翼型的已有的研究工作主要限於定常流動，包括測量和分析翼型的氣動性能隨射流動量大小、來流條件、翼型幾何參數的變化關係，在理論研究方面建立了各種計算模型。

環量控制作用原理

翼型的環量控制是通過在翼面上靠近後緣位置開射流孔，在翼型內部空腔形成高壓氣流並通過孔口沿著物面切向產生射流，見圖1，射流與外流混合後沿著彎曲的圓形後緣表面形成附壁效應。

圖1

根據環量的定義和儒可夫斯基升力定理，即Γ=∮VdL，Y=ρV_∞Γ可知，通過增加物面速度和流線路徑可使環量增加，升力提高。圖2所示的圓柱繞流中，2個駐點下移量越多，圓柱繞流的環量和升力就越大，該原理同樣適用於翼型繞流。

射流沿著Coanda表面移過的距離越大，後駐點位置越靠下，在射流作用下，孔口後附面層內的速度和動量增加迅速，相應區域的靜壓降低，形成孔口前後較大的壓力差，帶動上表面的流速增大，促使前駐點位置也不斷下移，出現前後駐點不斷靠近的趨勢，翼型的環量值增加，升力隨之變大。同時射流與外流混合，帶動外流使流線發生較大偏折，產生類似於襟副翼的效果，增加了翼型的彎度，同樣可以實現升力增加。

迎角是影響升力特性的另一重要參數，在升力隨迎角的變化曲線中存線上性段和非線性段。失速迎角決定了最大升力係數，也限制了使用迎角的範圍。隨著動量係數的增加，翼型前後緣駐點不斷下移，使得迎角對升力的影響規律可能發生變化。當動量係數相同，迎角增大時，動量附面層增加，射流動量與附面層動量的比值降低，環量控制的效果變差。所以為高效利用環量控制，需要深入研究動量係數和迎角對氣動特性的影響規律。

圖1

環量控制翼型特點

優點為：可能使最大升力係數C_Lmax增大4倍；可減少零件數，降低成本；可改進飛機的機動和控制能力；可降低性能對雷諾數的敏感度；減小了尾跡渦的影響，提高了跑道使用率。

缺點為：可能增大飛機巡航時的底阻；從發動機引出的氣流會降低推力（估計降低 5%）；增大了結構的複雜性，可能引起重量增加，降低安全性；可能形成非軸對稱的事故；與平衡相聯繫的升力損失常會引起大的俯仰力矩；可能會有突然的機翼失速特性。