合成双射流激励器流场特性及其控制机翼分离流动研究

论文摘要

作为一种新兴的主动流动控制技术,合成射流正日益受到广大科技工作者的关注。合成射流激励器是合成射流技术发展的核心,其设计水平和工作性能决定了合成射流技术的应用方向和应用效果。合成双射流激励器作为合成射流技术的最新发展成果,不仅具有普通单腔体激励器的工作特点,还具有能量利用率高,结构紧凑、易于小型化,环境适应能力强等优点。本文采用理论分析与数值模拟相结合的方式,研究了不同激励器结构构型下的合成双射流流场,及合成双射流在机翼分离流动控制方面的应用。本文的研究内容和结论主要体现在以下四个方面:(1)数值模拟结果表明合成双射流是由两股相位差为180°的射流融合而成,在整个周期内合成双射流流场中始终存在一对较强的旋涡控制着下游流动。相对于单腔体合成射流,合成双射流一个周期内具有两个速度峰值,在靠近激励器出口处合成双射流具有更强的射流“穿透力”,在远离出口的下游,合成双射流具有更稳定的流动特征和更高的流动速度。(2)通过改变合成双射流激励器左右腔体设计可以实现射流的矢量性偏转,并且偏转效果随激励器结构参数和驱动参数不同而变化;通过改变两出口间距离的大小,可以控制两股射流间的融合效果,改变下游流场分布;斜出口合成双射流可以在近壁面形成一股附壁流,以实现对周围流体有方向性的动量和能量传递。(3)合成双射流对平板流动具有两种不同的影响效果:当射流垂直进入外部主流时,对主流起到“阻拦”作用,会在激励器出口产生“虚拟气动外形”效应,并使下游边界层变厚;当合成双射流以一定夹角进入外流时,可以实现对边界层的动量注入效应,使边界层厚度变薄,速度型更“饱满”。(4)合成射流和合成双射流均可以改善失速状态下的机翼气动特性,合成双射流具有更好的控制效果和控制能力,对最大升力和失速攻角的增加量都可达到单腔体合成射流的2倍。以外部主流流动特征频率倍频和较大动量系数工作的合成双射流激励器具有更好的改善机翼气动特性的能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 流动控制技术及其实现
• 1.1.2 合成射流技术
• 1.2 合成射流激励器及其在分离流动控制中的应用
• 1.2.1 合成射流激励器及发展需求
• 1.2.2 合成射流激励器分离流动控制应用研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 合成射流/合成双射流流场数值模拟及对比分析
• 2.1 激励器计算模型
• 2.1.1 激励器计算模型发展
• 2.1.2 不同激励器计算模型结果分析
• 2.2 合成双射流流场数值模拟
• 2.2.1 计算物理模型及结果分析
• 2.2.2 合成双射流与合成射流对比分析
• 2.3 合成双射流射流矢量特性研究
• 2.3.1 合成射流射流矢量性
• 2.3.2 计算物理模型与计算算例
• 2.3.3 计算结果与机理分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 变出口合成双射流及其在平板流动控制中的应用
• 3.1 影响参数分析
• 3.1.1 合成双射流的影响因素
• 3.1.2 合成双射流特性的评价准则
• 3.2 不同出口构型下合成双射流流动特性
• 3.2.1 竖直喉道不同出口参数下射流流动特性
• 3.2.2 不同出口倾斜角度下射流流动特性
• 3.3 应用合成双射流激励器进行平板流动控制研究
• 3.3.1 外部主流对合成双射流流动特性的影响
• 3.3.2 合成双射流对平板边界层流动的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 合成双射流对机翼气动特性影响的数值研究
• 4.1 计算模型与计算方法
• 4.1.1 计算物理模型
• 4.1.2 数值方法与计算验证
• 4.2 机翼受控流场的特性分析
• 4.2.1 合成射流/合成双射流对改变机翼气动特性的对比研究
• 4.2.2 合成双射流不同控制参数对机翼气动特性的影响
• 4.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果