大攻角細長旋成體繞流的穩(wěn)定性.pdf

1、現(xiàn)代飛行器在做大攻角機動時常會由于前體非對稱渦的出現(xiàn)而受到較大的側向力和偏航力矩，研究前體非對稱渦的產(chǎn)生機理和發(fā)展規(guī)律具有重要的學術意義和工程價值。本文通過對大攻角細長尖拱柱旋成體模型非對稱渦流的數(shù)值模擬和對流場的整體穩(wěn)定性、空間穩(wěn)定性分析，對此問題進行了研究，目的是對非對稱流動的特征和機理有更深的理解，從而對前體渦的的控制有所助益。 首先，基于一般曲線坐標系內(nèi)的有限差分法發(fā)展了一套直接數(shù)值模擬的并行程序；為了進行三維整體穩(wěn)定

2、性分析，還發(fā)展了一套基于可壓縮有限差分法和隱式重啟Arnoldi方法的三維整體不穩(wěn)定性分析方法；此外還探討了通過對擾動場的分析研究擾動沿空間的發(fā)展規(guī)律的方法。 通過直接數(shù)值模擬，考察了不同擾動強度和擾動周向角下的流場非對稱特征及相應的截面?zhèn)认蛄ρ丶氶L體軸向的發(fā)展規(guī)律。結果表明，在大攻角(如50°)下，靠近細長體頭部處的截面?zhèn)认蛄ο禂?shù)隨擾動周向角是連續(xù)變化的，而隨著軸向距離的增加，這種變化曲線逐漸趨于方波的形式，且擾動越強，開始

3、出現(xiàn)方波波形的截面越靠近頭部。計算中也發(fā)現(xiàn)，Reynolds數(shù)越小，流場對頭部擾動的感受性越弱，體現(xiàn)在流場的非對稱程度變小；而側向力隨擾動周向角的變化也隨Reynolds數(shù)的減小，由雙周期方波變?yōu)閱沃芷诜讲?，最后變?yōu)閱沃芷谶B續(xù)變化。 對不加擾動得到的對稱的三維基本流所作的整體穩(wěn)定性分析表明，非對稱性的產(chǎn)生不是整體不穩(wěn)定的結果。在實驗中出現(xiàn)較大側向力的攻角范圍內(nèi)(40°-50°)，較小Reynolds數(shù)下，對稱流場是整體穩(wěn)定的：

4、較大Reynolds數(shù)下，對稱流場是整體不穩(wěn)定的，但不穩(wěn)定的特征模態(tài)不會引發(fā)流場的顯著不對稱。所得到的占優(yōu)特征模態(tài)，高頻模態(tài)代表分離剪切層的振蕩；低頻模態(tài)代表主渦的渦核顫動。這兩類非定常模態(tài)都在實驗中有所體現(xiàn)。非定常直接數(shù)值模擬的結果也與整體穩(wěn)定性分析的結果一致。 通過對擾動場的分析發(fā)現(xiàn)，擾動能量沿軸向的發(fā)展過程中，在經(jīng)過起始增長區(qū)，會進入指數(shù)增長區(qū)，最后進入非線性飽和區(qū)。由指數(shù)增長區(qū)可以得到空間增長率．旦此空間增長率不隨擾動