背鳍对细长平板三角翼涡的稳定性影响的研究

论文摘要

Cai,Liu & Luo在文献（J. Fluid Mech., Vol. 480, April 2003, pp. 65-94.）中给出了细长锥体脱体涡的小扰动稳定性分析。该文指出平板三角翼在无侧滑、大迎角下其前缘涡在不破裂的情况下是稳定的、锥型的和对称的。然而当加了低高度的背鳍后,原来稳定的、锥型的和对称的流动会变得不稳定。当背鳍的高度增加到一定的程度后,涡又会重新回到原来稳定的、锥型的和对称的状态。 本文的目的主要是通过实验来研究细长三角翼加背鳍后对前缘涡的影响,检验上述的理论结果,并进一步解释涡在不稳定后的发展。对于单独平板三角翼,本文应用西北工业大学翼型研究中心研究发展的CADR3D软件包对其前缘涡流场进行了计算和分析。 实验部分在西北工业大学翼型研究中心的NF-3低湍流度亚音速风洞中进行。模型后掠角为82.5°,迎角为29°,基于模型根弦长的雷诺数为2.99×10.5。实验采用烟流/激光片光的流动显示技术,测定涡核中心的坐标,并进行对称性、锥性和定常性分析研究。模型使用同一个具有尖锐边缘的平板三角翼,对两个不同高度的背鳍进行实验研究,当地背鳍高度与当地半展长之比分别为0.75和1.5。计算用的平板三角翼模型几何尺寸和实验用模型保持一致,程序所用控制方程为三维非定常Euler方程。 对于单独的平板三角翼,实验和计算的结果都清楚地表明:涡流场始终保持对称、锥型和定常;同样的实验条件,当在模型背部对称线上加上比例为0.75的背鳍后,原本对称、锥形和稳定的涡流场变得非对称、非锥形、非定常;而当背鳍的高度比增加到1.5时,涡流场又恢复对称、锥形、稳定。实验结果和理论分析的结果吻合,同时显示加背鳍后的不稳定涡变得非对称非锥型和非定常。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 符号
• 第一章 绪言
• §1.1 研究背景及研究目的
• §1.2 细长锥体涡稳定性实验研究的特殊性及采取的解决措施
• §1.2.1 流动对模型顶点附近流动的敏感性
• §1.2.2 风洞湍流度对流动稳定性的影响
• §1.3 本论文所作的工作
• 第二章 实验设计与实验设备
• §2.1 实验研究的背景和研究目标
• §2.2 实验和计算参数的选取
• §2.2.1 迎角和背鳍的实验参数选择
• §2.2.1 风速的选择
• §2.3 模型的介绍
• §2.3.1 模型的材料
• §2.3.2 模型的几何参数
• §2.4 风洞的介绍
• §2.5 激光片光／烟流动显示系统
• §2.5.1 激光片光系统
• §2.5.2 烟粒子投放系统简介
• 第三章 实验方法及分析方法
• §3.1 实验方法
• §3.1.1 实验的手段
• §3.1.2 实验的程序
• §3.2 数据分析方法
• §3.2.1 原始数据的采集
• §3.2.2 数据的处理和分析
• §3.3 对洞壁干扰和支架干扰的分析
• §3.3.1 对洞壁干扰问题的分析
• §3.3.2 发烟器及模型支架对流场的影响
• 第四章 实验结果分析及总结
• §4.1 初步的实验
• §4.2 改进的实验
• §4.2 实验结果的总结
• 第五章 计算方法
• §5.1 CARD3D软件的介绍
• §5.2 流场控制方程
• §5.3 边界条件
• §5.3.1 割缝边界
• §5.3.2 物面边界
• §5.3.3 对称边界
• §5.3.4 远场边界
• §5.3.5 奇性边界
• §5.4 网格生成方法
• §5.4.1 单方向无限插值网格生成方法
• §5.4.2 网格正交控制
• §5.4.3 加权平均光顺
• 第六章 计算结果及分析
• §6.1 网格生成
• §6.1.1 表面网格的生成
• §6.1.2 空间网格的生成
• §6.2 结果及分析
• 第七章 现有的问题及下一步工作的展望
• 硕士期间论文发表及获奖情况
• 致谢
• 参考文献
• 附图及附表