《非定常激波/附面層干擾下的渦脫落研究》是依託清華大學，由張宇飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：非定常激波/附面層干擾下的渦脫落研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張宇飛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
非定常激波/附面層干擾導致的渦脫落現象是民用飛機跨音速抖振的主要原因，關係著飛機的安全性。該問題是計算流體力學領域的研究熱點和難點。本申請針對非定常激波/附面層干擾現象，發展和套用先進的計算流體力學方法，精細模擬激波/附面層干擾的關鍵流動結構，分析其流動機理，著重研究翼型與後掠機翼激波/附面層干擾引起抖振的流動機理的區別和聯繫。結合流動結構的分析，研究關鍵幾何參數對機翼激波/附面層干擾的影響，為改善民機抖振特性提供設計依據。
結題摘要
本課題主要瞄準非定常激波/邊界層干擾的旋渦脫落和與其密切相關的機翼抖振問題，以及抖振的流動控制方法。從數值模擬方法、流動現象分析、關鍵幾何影響參數、機翼抖振控制等方面，針對翼型和機翼的激波/邊界層干擾問題開展了詳細的研究。 在數值模擬方法方面，為了適應於非定常湍流的精細模擬，套用和發展了高精度、低耗散的數值格式MDCD-SLAU格式，並進一步發展了一系列基於SST模式的非定常脫體渦模擬方法。非定常數值計算方法在擴壓管非定常流動控制、噴管內部渦脫落模擬，以及帶翼細長體旋渦干擾的模擬上取得了良好的計算效果。 數值模擬了激波/邊界層干擾的流動現象，分針對OAT15A翼型、DPW-WING機翼、CRM翼身組合體算例進行了非定常激波/邊界層干擾的模擬，計算結果與實驗數據符合良好。通過這三個算例的分析，初步探明了翼型與機翼激波/邊界層干擾導致渦脫落的現象和聯繫。通過快速傅立葉變換，獲取了激波/邊界層干擾導致激波振盪的主頻，其中OAT15A翼型和DPW-WING機翼的振盪主頻較為接近，而CRM翼身組合體未獲得明顯的振盪主頻。 針對超臨界翼型，分析了關鍵幾何參數對抖振和阻力發散的影響，著重分析翼型表面曲率對激波發展的影響趨勢，從而獲得了曲率對超臨界翼型抖振和阻力發散特性的影響規律。套用和發展了超臨界翼型二維壓力分布與三維壓力分布之間的轉換關係和氣動力係數轉換關係，並根據轉換方法發展了一種基於二維翼型最佳化的三維機翼氣動設計方法。 開展了三種抖振特性流動控制方法的研究。首先開展了激波控制鼓包的研究，分析了鼓包長度、高度的影響，並探明了鼓包控制的魯棒性特性，分析了鼓包控制效果與激波形態的聯繫。然後開展了渦流發生器對激波/邊界層干擾的控制效果，認為渦流發生器對於後掠機翼橫向流動的控制效果較好，可抑制後掠機翼激波後的流動分離，提高抖振裕度。最後發展了一種新型的後緣斜坡控制方法，可在保持或增加翼型厚度的同時，延長力矩線性段的長度，從而提高抖振特性。
