近距耦合鸭式布局鸭翼涡控制数值研究

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本文结合鸭式布局和机翼展向吹气的优点，开展近距耦合鸭式布局鸭翼展向吹气间接涡控技术研究。鸭翼展向吹气间接涡控技术是将鸭翼作为一种旋涡发生器，直接控制鸭翼涡的强度和破裂，继而利用鸭翼涡与机翼涡之间的相互干扰作用，达到间接控制机翼涡演变、增加机翼涡强度、延迟机翼涡破裂、增大布局升力、提高飞机大迎角和过失速机动性能的目的。本文采用数值计算方法，模拟三角翼布局和鸭式布局的流场结构，研究近距耦合鸭式布局涡系间的干扰规律，分析鸭翼展向吹气对布局气动性能和流场结构的影响，所取得的主要成果如下：1. 揭示了近距耦合鸭式布局在不同迎角下涡系间的干扰规律及其对升力的影响规律。在小迎角范围内，鸭翼流场与机翼流场之间主要以“洗”的作用为主，这属于一种诱导行为，是涡系间的间接干扰。这种“洗”的效应使得机翼前缘涡在机翼上表面诱导的低压区域减小且出现在更加靠近下游的位置，因此在该迎角范围内，鸭式布局的升力系数要略小于单独三角翼布局。在中大迎角范围内，鸭翼涡与机翼涡之间的干扰方式变为以涡系间的相互间卷绕作用为主，这种卷绕作用增大了机翼涡的强度，延迟了机翼涡的破裂，布局的失速迎角以及升力系数也就得到了显著的增加。2. 阐明了鸭翼展向吹气间接涡控技术在不同迎角下对鸭式布局流场结构以及气动性能的影响规律。鸭翼展向吹气直接作用于鸭翼流场，它能增加了涡核内流体的轴向速度，提高了旋涡的强度，延迟了旋涡的破裂，增加了鸭翼的升力。鸭翼展向吹气对机翼流场是一种间接影响，它是利用鸭翼流场对机翼流场的干扰耦合作用来达到控制机翼流场的目的。在小迎角范围内，鸭翼展向吹气增强了鸭翼流场对机翼流场“洗”的效应，布局的升力系数与不吹气相比时基本保持不变。在中大迎角范围内，鸭翼展向吹气能使鸭翼涡与机翼前缘涡之间的卷绕作用增强，机翼翼面上发生涡系间卷绕作用的区域也会增加，布局升力系数也就有了较大的增加。3. 发现了中等后掠角的三角翼，在一定的雷诺数和迎角下，机翼翼面上会出现前缘双涡结构。在小迎角时，机翼上表面只是形成了一个集中涡；而随着迎角的增加，在机翼前缘涡主涡外侧会形成一个新的集中涡，此时翼面上出现前缘双涡结构。随着迎角的进一步增大，涡层更多的被卷入内涡，同时由于前缘内涡以及其下二次涡的影响，当迎角达到某一角度时外涡消失，双涡结构消失。