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基于组合小翼及翼梢喷流的翼尖涡控制实验研究

作　者: 杨可
导　师: 徐胜金
学　校: 清华大学
专　业: 力学
关键词: 翼尖涡流动控制翼梢组合小翼喷流
分类号: V211.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 21次
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内容摘要

本文在对翼梢组合小翼构型以及翼梢喷流控制方式进行对比测试的基础上，提出了组合小翼与翼梢喷流联合控制翼尖涡的方法，并进行了系统的实验研究。实验在一个低速直流式风洞中进行，基本模型为NACA0015二元截尖翼型，基于基本翼弦长和自由来流速度定义的雷诺数Re=5.3×104，喷流实验的喷流系数Cμ=0.017，该系数主要表征喷流与自由来流的动量比。利用PIV（粒子成像测速系统）对控制前后的翼尖涡结构及演变过程进行了精细的研究，模型迎角固定为α=10；利用应变式测力天平研究了组合小翼构型对升力系数的影响。研究结果表明：1）组合小翼构型能有效破碎主涡，形成由一系列小涡组成的同向涡系，该涡系在合并过程中产生显著的能量耗散，可有效减小翼尖涡强度。“+0-”构型改善了翼尖部位的局部流动，抑制了翼尖涡产生的下洗流动，使α＞4°以后的升力系数稳定增大，最大升力系数增长达12.3%，并使X/C=3截面的涡量峰值减小约67%；2）喷流可加剧涡核摆动，控制涡核位置，对翼尖涡的生成也有一定的抑制作用，但对较远场的翼尖涡控制能力较弱。因为喷流作用距离较短，不能像组合小翼一样产生同向涡系，所以不能对远场翼尖涡产生进一步的能量耗散。其中，“向下喷流构型”优于其他构型的控制效果，其涡核法向位移较小，适合用于组合控制模式；3）“+0-”的组合小翼和“向下喷流”的组合构型达到了较好的翼尖涡控制效果，喷流促进了同向涡系内部涡之间的相互作用。当X/C=3时，瞬态涡量峰值的平均值相比单纯的“+0-”构型减小约37%，比基本外形减小约79%。进一步研究表明，组合构型的控制效果取决于喷流控制能否促使翼尖涡主涡与小涡涡系尽早、尽快的相互作用，主涡涡核的移动方向是关键因素。本研究兼顾控制效果与可行性，综合了成熟翼尖涡控制方式的优点，为低速飞机翼尖涡控制的工程设计提供了一种新颖有效的思路。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-24
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-21
    1.2.1 基于舵面（扰流片）的控制方式  12-18
    1.2.2 基于喷流的控制方式  18-20
    1.2.3 翼尖涡研究的测量技术概况  20-21
  1.3 已有研究的特点及存在的不足  21-23
  1.4 本文主要研究内容及各章节摘要  23-24
第2章实验设备与研究方法  24-37
  2.1 实验设备与模型  24-28
    2.1.1 实验设备与仪器  24-26
    2.1.2 实验模型  26-28
  2.2 测试内容  28-31
  2.3 测试方法  31-36
    2.3.1 PIV 测试实验  31-33
    2.3.2 天平测力实验  33-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章实验结果与讨论  37-86
  3.1 基本翼的翼尖涡结构特性  37-42
  3.2 组合小翼对翼尖涡的影响  42-49
  3.3 翼梢喷流对翼尖涡的影响  49-77
    3.3.1 喷流对翼尖涡速度场及涡量的影响  50-67
    3.3.2 喷流对翼尖涡展向、法向切向速度的影响  67-73
    3.3.3 喷流对涡核位置的影响  73-74
    3.3.4 弦向喷流位置及喷流量影响测试  74-77
  3.4 组合小翼与喷流联合控制模式的控制特性  77-85
  3.5 本章小结  85-86
第4章结论  86-88
参考文献  88-91
致谢  91-93
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  93

基于组合小翼及翼梢喷流的翼尖涡控制实验研究

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