工程上有時希望減小物體的阻力，為達到此目的，往往採用控制邊界層的方法使整個流動朝人們希望的方向發展。為了實現人工控制邊界層特性的目的，迄今已經提出了好幾種方法。早在1904年，普朗特就提出了幾個控制邊界層的實驗來避免分離。邊界層控制的問題，特別是在航空工程領域內，一度成了非常重要的問題。在實際套用上，為了減小阻力並獲得較高的升力，往往需要防止分離。
基本介紹
- 中文名：邊界層控制
- 外文名：boundary-layer control
- 所屬領域：黏性流體力學
- 目的：減小物體的阻力
- 研究方法：固體壁面的移動等
- 試驗機：伊留申DB-3
控制方法,重要性,邊界層控制試驗機,
控制方法
1．固體壁面的移動
避免分離最明顯的方法是防止邊界層的產生。邊界層的存在意味著固體壁面附近的流速與流體主流速度存在著很大差異。如果讓同體壁面與流體一起運動，這樣就能減小速度差異，達到減阻的目的。
得到壁面移動這種結果的最簡單的方法是圓柱旋轉。圓柱放在與其軸線相垂直的流動中，旋轉圓柱。在流動方向與柱面運動方向相同的一側，完全消除了分離；而在流體運動方向與壁面運動方向相反的另一側，僅發生了不完全的分離。除旋轉圓柱外，其他物體要想讓壁面與流體一起運動，實現起來是很困難的，岡此這種方式實用性較差。
2．加速邊界層(吹除)
如果能夠提供一定的能量給邊界層中被阻滯的流體質點，就能防止邊界層的分離．加速邊界層有兩種方式，一種是吹氣，另一種是加襟翼(開縫翼)，機翼內噴出一股氣流，這就是吹氣的方式，延緩邊界層的分離。為了壁面吹出的射流在出口後面短距離內轉化為旋渦，一定要非常注意縫口的形狀。通過加襟翼，從主流獲得能量來加速邊界層。這兩種方法都可以使機翼在大攻角下推遲分離。
3．抽吸邊界層
在邊界層將要發生分離之前，把部分流體從邊界層中吸除，在縫口後面的區域可以形成一個新的重新能克服一定逆壓梯度的邊界層。採用適當的縫口結構和在適當條件下，以完全防止邊界層分離。普朗特首先進行了抽吸套用的實驗，後來這個辦法廣泛地套用在飛機機填設計上。由於採用抽吸，在大攻角時，在上翼面可以得到明顯的吸力增加，從而得到更大的最大升力值。
後來，還利用抽吸降低阻力。利用抽吸縫口的適當安排，能使邊界層轉捩點向下游移動；由於層流阻力遠小於湍流阻力，從而使阻力係數減小。這種由於抽吸引起的推遲轉捩的作用，在於減小邊界層的厚度，從而減小轉為湍流的傾向。另外，有抽吸邊界層的速度剖面更豐滿，比起無抽吸而厚度柑等的層流邊界層來，它的形狀更不容易產生湍流。實驗表明，利用抽吸保持層流而引起的阻力降低．在很大程度上依賴於對縫口形狀的仔細修整。如果不採取這種預防措施，流動會受到縫口的很大影響，以斂容易發生向湍流轉捩。
4．層流翼型
採用適當的機翼形狀可以推遲層流邊界層轉變為湍流邊界層。這種作用與抽吸邊界層的效果一樣，可以減少摩擦阻力。
外流中的壓力梯度強烈地影響邊界層轉捩點的位置。在壓力遞減時，出現轉捩的雷諾數要比壓力遞增時高得多。壓力沿流動方向遞減對邊界層具有很大的穩定作用；壓力沿流動方向遞增時作用相反：這種情形在現代低阻翼型上得到套用。將最大厚度截面大大後移，就能得到這種所希望的結果。採用這種方法，翼型的大部分區域是在向下游遞減的壓力影響下，因而能維持層流邊界層。
5．注射不同的氣體
通過多孔壁面向邊界層注入與外流不同的輕質氣體，可以降低壁面與氣流之間的熱交換率，這是採用這種方法所產生的最重要的作用之一。由於這個原因，這種方案經常用來提供高超聲速速度下的熱防護。注射在邊界層內產生一種混合氣體，因此除了動量傳遞和傳熱過程以外，還增加了由於擴散引起的傳質過程。一般說來，對於沿濃度梯度的擴散而言，一定不要忽略熱擴散。當液體薄膜在壁面上蒸發時或者當壁面材料本身熔化或升華時，也會發生類似的過程。
重要性
在很多工程問題中，控制邊界層脫離十分重要。控制邊界層脫離的方法很多，但無外乎兩大類。一類是改變物體的形狀，控制物面上的壓強梯度，從而儘量縮小脫離區，例如採用細長的流線形物面；另一類是考慮流動的內部因素，增加邊界層內流體微團的動量以加強抗逆壓力梯度的能力，如：在壁面吹吸流體，延緩分離，減少分離區，達到減少壓差阻力的效果。由於流動的分離點和來流的狀態有關，因此，在周定點處吹氣或吸氣的控制方法往往不能滿足實際的要求。近年來；利用微型感測器濺量繞流物面的流動特性(如壓強或壓強梯度)，根據測得的信息，在物面必要的位置實行流動控制，這種帶有反饋信息的控制方法稱作主動控制。
邊界層控制是很有意義的實際問題，它是黏性流體力學中的專門課題。
邊界層控制試驗機
1、安東諾夫An-12B邊界層控制(BLC)系統試驗機
一架沃羅涅什飛機製造廠製造的An-12B(註冊號為非標準的CCCP一291 10，c/n 402502)被改裝成邊界層控制試驗機，在機翼上表面正對發動機位置安裝了4個雪茄形整流罩。這架試驗機使用吹除式襟翼，進行濕跑道試驗。後來，CCCP-291 10號又被恢復成標準結構。
2、伊留申DB一3邊界層控制系統試驗機
1942年，一架配裝圖曼斯基M-87B發動機的生產型DB 3遠程轟炸機．由LII改裝成DB-3UIPS試驗機(邊界層控制試驗機)。飛機機翼改裝成帶邊界層控制系統的高升力裝置(襟翼和下垂副翼)機翼。機翼上表面和高升力裝置沿翼展方向的縫隙上的邊界層均被吸除或吹除，為此，在炸彈艙安裝了一台116 hp的ZiS-101汽車發動機，用以驅動吹除風扇。
