平流层飞艇螺旋桨低Re数分离泡流动控制数值研究

1144766066 · 发表于 2022-4-11 11:19:00

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雅宝题库解析：
由于平流层大气密度小，使高空螺旋桨翼型绕流处于低雷诺数范围，翼型表面流动出现附面层转捩、层流分离泡等题目，导致螺旋桨效率降低。有效控制、延迟或避免低雷诺数下桨叶表面层流分离泡的产生和发展，有利于提高平流层螺旋桨的气动效率，增大推力。因此，开展低雷诺数下层流分离泡流动控制相关研究，对于平流层高效螺旋桨的设计研究具有重要意义。本文运用数值方法首先研究二维翼型低雷诺数下层流分离泡的流动控制，探究吸气速度、吸气宽度、吸气位置等参数对层流分离泡流动控制的影响规律，以及开展螺旋桨三维绕流主动控制的初步研究。所取得的主要研究成果如下：1.与湍流模型耦合的转捩模型可以准确预测转捩和捕捉低雷诺数下层流分离泡，对翼型低雷诺数下气动特性计算具有较好的可靠性和精准性。2.吹/吸气控制可以有效控制低雷诺数下翼型表面层流分离泡的发展，扩大表面层流区域，提高翼型升阻比。在相同吸气位置和吸气角度下，较小吹气速度的流动控制效果比较大吹气速度好，而较大吸气速度比较小吸气速度的流动控制效果好。总体上，吸气控制比吹气控制对抑制低雷诺数分离泡发展更加有效。3.数值模拟研究不同吸气参数对低雷诺数层流分离泡流动控制的影响规律。随着吸气速度增大，翼型升力系数增大，阻力系数减小，升阻比增大。在相同吸气系数下，随着吸气宽度增大，升力系数和阻力系数均减小，而升阻比增大。随着吸气位置逐渐靠近分离点，升力系数增大，阻力系数降低，升阻比提高；随吸气位置远离翼型前缘，对分离泡的流动控制越有效。吸气控制可以实现增升减阻，显著提高翼型升阻比，同时增大失速迎角，改善低雷诺数下翼型气动特性。4.螺旋桨三维绕流数值计算表明，采用转捩模型可以有效模拟螺旋桨高空低雷诺数绕流流动及层流分离泡的出现，较好地预测高空螺旋桨气动特性。吸气控制可以改善螺旋桨表面流动分离，推迟分离泡发生，扩大层流流动区域，提高螺旋桨效率。上述研究成果可为平流层飞艇高效螺旋桨设计提供一定的参考依据和技术支持，具有重要的工程应用价值。

平流层飞艇螺旋桨低Re数分离泡流动控制数值研究

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