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大型飞机机翼增升减阻技术研究

作　者: 宗昕
导　师: 顾蕴松
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 流体力学
关键词: 流动控制涡流诱导主动涡流发生器翼尖涡分离流动增升减阻
分类号: V224
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

机翼承担了飞行器绝大部分的升力以及相当一部分的阻力，是最为重要的结构部件之一，所以对机翼进行气动力优化，进一步实现增升减阻是极其有必要。同时，大型的民用飞行器、运输类飞行器也都需要突破性、创新性技术的研发，才能够满足日益高标准的市场需求。可以预见的是对于现有的大型飞行器进行常规传统的气动性能优化，已经难以满足这一需求，所以在不远的将来，主动流动控制必然要承担起飞行器气动性能突破性优化的重任。基于旋涡的诱导控制一直都是主动流动控制研究的重点方向，本文以飞行器机翼的增升减阻为目标，结合课题组的前期研究工作；基于被动涡流发生器的旋涡诱导作用机制，设计了两种出口形式的主动脉冲式涡流发生器；对其外流场特性，主动涡流系的空间状态，尾流场表面影响区域等都进行了详细的分析。实验表明Counter AVG的涡系结构具有良好的附壁性与自持性；在近壁流场情况下，流向涡诱导主流中的高动量流体，与边界层底层进行充分掺混，从而使底层速度增加；在远离壁面的主流场中，主动脉冲涡流串能够在生成后保持完整的旋涡结构，从而与周围流体中的目标旋涡进行诱导，衰减其强度。这两种特性十分有利于进行飞行器机翼的分离流动控制以及翼尖旋涡控制。在理解脉冲涡流的诱导特性的基础上，将Counter AVG应用于机翼分离流控制，最大升力系数增量达到10.3%，失速迎角向后延迟2°，压差阻力大大减少，分离迎角附近阻力系数下降量达到27.7%。在翼尖涡控制方面，机翼小攻角范围内（0°~8°）最大升阻比的提升幅度为6%，翼尖涡强度下降20%，总压恢复系数上升10%。此外，文章从被动控制入手，利用多种测试手段，如七孔探针流场扫描、流动显示技术、六分量天平测力等技术对飞行器机翼的格林襟翼、翼尖小翼增升减阻控制进行了系统的研究，包括结构外形，关键工作参数等，也取得了一定的增升减阻效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-22
  1.1 研究背景  13-14
  1.2 基于旋涡诱导运动的流动控制技术发展回顾  14-16
    1.2.1 流动控制技术简介  14-15
    1.2.2 旋涡诱导作用的研究历程  15-16
  1.3 涡控制在机翼上的几个应用介绍  16-20
    1.3.1 Gurney 襟翼增升  16-17
    1.3.2 翼尖涡控制  17-18
    1.3.3 分离流动控制  18-20
  1.4 本文研究内容总述  20-22
第二章实验模型、设备与实验技术  22-30
  2.1 实验模型  22-23
  2.2 实验设备  23-25
    2.2.1 一米低速回流风洞  23-24
    2.2.2 二元射流风洞  24
    2.2.3 模型攻角控制系统  24-25
    2.2.4 64 通道压力传感器  25
  2.3 实验技术  25-30
    2.3.1 六分量盒式天平测力系统  25-27
    2.3.2 七孔探针流场测试系统  27-28
    2.3.3 粒子图像测速技术(PIV)  28-29
    2.3.4 表面油流流动显示技术  29-30
第三章 Gurney 襟翼增升控制研究  30-38
  3.1 引言  30
  3.2 实验方案  30-31
  3.3 Gurney 襟翼控制效果研究  31-34
    3.3.1 平直（plain）Gurney 襟翼控制  31-32
    3.3.2 三角形（serrated）Gurney 襟翼控制  32-33
    3.3.3 雷诺数对于控制效果的影响  33-34
    3.3.4 Gurney 襟翼高度对控制效果影响  34
  3.4 Gurney 襟翼尾流场研究  34-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章翼尖涡控制研究  38-53
  4.1 引言  38
  4.2 实验方案  38-39
  4.3 翼尖被动控制研究  39-45
    4.3.1 翼稍小翼流动显示研究  39-40
    4.3.2 被动小翼控制下翼尖涡尾流场研究  40-41
    4.3.3 翼稍小翼高度影响研究  41-43
    4.3.5 翼稍小翼弦向位置影响研究  43-44
    4.3.6 翼梢小翼外倾角影响研究  44-45
  4.4 主动翼尖涡技术研究  45-51
    4.4.1 脉冲振荡射流激励器速度标定  46
    4.4.2 天平测力结果  46-47
    4.4.3 翼尖流场控制研究  47-49
    4.4.4 翼端起始涡流场研究  49-51
  4.5 本章小结  51-53
第五章机翼分离流动控制研究  53-72
  5.1 引言  53
  5.2 实验方案  53-54
  5.3 传统分离流动控制研究  54-58
    5.3.1 涡流发生器工作特性研究  54-56
    5.3.2 被动涡流发生器分离控制特性研究  56-58
  5.4 主动旋涡发生器设计及特性研究  58-65
    5.4.1 阵列微射流激励装置设计  58-63
    5.4.2 Counter AVG 设计及特性研究  63-65
  5.5 主动分离流动控制研究  65-70
    5.5.1 厚翼型的分离流主动控制  66-69
    5.5.2 薄翼型的主动流动控制  69-70
  5.6 本章小结  70-72
第六章全文总结与展望  72-74
  6.1 本文主要结论  72-73
  6.2 后续研究工作展望  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间发表的学术论文  78

大型飞机机翼增升减阻技术研究

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