《非常規機身布局大迎角機翼搖滾運動及流動機理研究》是依託北京航空航天大學，由田偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：非常規機身布局大迎角機翼搖滾運動及流動機理研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：田偉
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本申請項目以新一代先進高機動戰鬥機的技術需求為背景，通過風洞實驗的研究手段對新一代戰鬥機普遍採用的非常規機身布局在大迎角下產生的非線性機翼搖滾現象進行研究。本項目計畫從機翼搖滾的運動形態和流動機理兩個方面對非常規機身布局的機翼搖滾現象展開研究：首先展示非常規機身布局在大迎角下呈現的典型非線性機翼搖滾運動形態；然後以非常規機身布局在靜態大迎角下的流動結構為基礎，研究在機翼搖滾運動過程中複雜繞流流場的演化、發展規律，並在此基礎上確定形成機翼搖滾運動形態的主控繞流流型及相應的流動機理；最後通過對Re數、機翼位置等參數的研究全面揭示流動參數以及幾何外形參數對非常規機身布局大迎角機翼搖滾運動及相應流動機理的影響規律。.本申請項目的研究不僅將為我國新一代戰鬥機大迎角高機動飛行的實現提供技術儲備，同時對於空氣動力學複雜流動領域的學科發展也具有重要的科學意義。
結題摘要
高機動性是現代戰機重要性能指標，通常通過大迎角飛行得到。採用常規圓截面前體機身的飛行器進行大迎角飛行時，受複雜繞流影響往往產生一些非指令運動，機翼搖滾就是一種典型的運動形式。這些非指令運動將嚴重影響飛行器的飛行安全和性能。作為現代先進戰機的代表，F-22氣動布局中一個重要特徵就是帶有尖側緣的非常規前體機身外形。這種外形有助於隱身和高速飛行，並具有某些較好的空氣動力學特性。為提高這種布局的機動性，其在大迎角下的動態特性是我們關注的重點，這也正是本項目的研究內容。本項目通過風洞實驗對非常規機身翼身組合體模型大迎角下機翼搖滾的運動及流動特性展開了研究。首先，藉助自由搖滾實驗，在Re=1.87×10^5條件下，研究了機翼搖滾運動形態在迎角α=0º~70º範圍的演化過程。根據運動特性，將所研究的迎角範圍劃分為7個區。當α≤20º時，沒有出現機翼搖滾運動（A區）；隨迎角增大，運動形態經歷了複雜的演化過程（B區~F區）；直到α＞60º後，搖滾運動消失（G區）。其中，典型運動形態包括偏離振盪、單極限環振盪和雙極限環振盪3種。其次，研究了橫向氣動特性隨迎角的演化規律。藉助測力實驗，發現存在搖滾運動的迎角在滾轉角Φ=0º處的橫向靜穩定性為不穩定的，且在Φ=0º附近存在滾轉不穩定區間。這導致並促進了搖滾運動的形成。藉助測壓和PIV實驗，發現不穩定性來自機翼背風面。在非對稱機身渦誘導下，背風側機翼渦強度大於迎風側機翼渦強度，導致了不穩定滾轉力矩的產生。在滾轉力矩穩定平衡點附近，機翼背風面流動隨滾轉角存在兩種演化規律，一種表現為穩定流場切換，一種表現為沒有流場切換。再次，藉助強迫搖滾實驗裝置，研究了三種典型運動形態搖滾過程中流場的演化。對於偏離振盪，平衡位置附近機翼背風面流場無切換，故模型維持小振幅振盪。對於單極限環振盪，搖滾過程中存在對運動起促進作用的流場切換，這種流場切換的出現與靜態條件下滾轉力矩穩定平衡點附近的穩定流場切換密切相關。最後，研究了Re數和機翼軸向位置的影響。Re數對搖滾運動形態基本沒有影響，不影響運動分區情況，而機翼軸向位置對搖滾運動有顯著影響，機翼位置前移或後移都使運動形態隨迎角的演化分區減少。
