合成射流对高雷诺数下翼型流动的控制研究

论文摘要

翼型在工作过程中随着攻角的增大,升阻比会逐渐增大。但当攻角超出某临界值时,随着攻角的继续增大翼型吸力面会产生较大的逆压梯度,从而导致在翼型后部吸力面出现流动分离。流动分离会使翼型的升力迅速降低,阻力继续升高,出现“失速”现象。本文采用合成射流技术对高雷诺数下S809翼型的流动进行控制,对合成射流控制翼型流动分离的机理进行了详细的研究;采用正交试验设计方法,对合成射流的射流角度,射流频率以及射流速度等参数进行了优化;对比分析了单个和两个合成射流对翼型边界层分离的控制效果。此外,对采用合成射流控制翼型动态失速进行了探讨。具体研究工作及结论如下:(1)合成射流产生的射流涡会诱导翼型吸力面高速流体进入边界层,边界层底层的低速流体会被卷入主流区与高能量流体混掺,从而克服逆压梯度,延缓流动分离。两个射流激励器可以产生速度更高,流量更大的射流。在两个射流激励器控制下翼型吸力面的压力比单个射流激励器控制时更低,上下翼面的压差更大。双射流向翼型上壁面的流动分离区注入更多的能量,更好的改善流动分离,提高翼型的气动特性。(2)射流频率、射流角度、射流速度决定了射流涡的大小和射流涡的位置,对翼型的流场有着重要的影响。采用正交试验设计法对这三个参数进行优化,射流参数的优化提高了翼型的升阻比。在来流攻角α=11°时,射流参数优化后翼型的升阻比从37.1提高到了48.3,在来流攻角α=19°时射流处于深度失速状态,射流参数优化后翼型的升阻比相比于优化前从13.5提高到了 16.9。在来流攻角α=23°翼型处于完全失速状态时,优化前的射流并不能对翼型的升阻比产生影响,但射流参数经过优化后升阻比的值已经从2.1扩大到了 12.6。即使翼型处于完全失速状态,射流参数优化后的射流方案也能增加翼型的升力降低阻力,提高翼型的气动性能。通过对试验数据的数理统计分析发现射流速度对射流效率影响最大,其次是射流角度,最后是射流频率。(3)在正弦俯仰运动模型下,合成射流控制可以提高翼型在动态失速情况下的升力系数。在射流控制下,射流涡对翼型尾缘处的流动分离区产生影响,增加了上下翼面的压力差。同时对比分析了翼型在动态失速和静态失速情况下的升力系数曲线,发现翼型的振荡作用可以延迟失速现象推迟失速攻角使得升力系数的峰值大于静态时的峰值。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蔺远

导师: 冯建军

关键词: 翼型,合成射流,流动控制,数值模拟,正交试验设计

来源: 西安理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,力学,航空航天科学与工程

单位: 西安理工大学

基金: 国家重点研发计划(2018YFB1501900),国家自然科学基金项目(51679195),陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2018JM5102)

分类号: V211.41;O358

总页数: 72

文件大小: 9503K

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