機(jī)翼大攻角分離流控制技術(shù)研究.pdf

1、分離流控制是流動(dòng)控制的一個(gè)重要方向，大攻角機(jī)翼分離流控制研究具有非常重要的理論意義和工程應(yīng)用前景。本文系統(tǒng)全面地研究了一種新的分離流控制方法--流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器。
　　 首先，從流動(dòng)控制應(yīng)用現(xiàn)狀入手，研究目前應(yīng)用較多的控制方法，吸取這些方法的流動(dòng)控制理念，提出一種新的流動(dòng)控制方法。通過(guò)研究某型多段翼在低速情況下的流動(dòng)控制特性，認(rèn)識(shí)其流動(dòng)控制原理，即引用下翼面的壓力對(duì)上翼面的邊界層進(jìn)行吹氣，進(jìn)而增加上翼面邊界底層的能量，抑制分離。該方法

2、的缺點(diǎn)是減小了下翼面的壓力。基于這種考慮，本文提出在機(jī)翼上翼面前緣附近進(jìn)行流動(dòng)控制，采用偏轉(zhuǎn)導(dǎo)引來(lái)流動(dòng)量的方法，對(duì)上翼面邊界層進(jìn)行吹氣，這樣既保證了下翼面的壓力，又能對(duì)上翼面的流動(dòng)分離進(jìn)行控制。本文在機(jī)翼的前緣加裝流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器，使來(lái)流向機(jī)翼上表面偏轉(zhuǎn)，從來(lái)流中提取能量，增加流動(dòng)底層的速度，使之抗分離的能力增加，進(jìn)而抑制分離，推遲失速。
　　 其次，采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)方法，研究了流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器對(duì)分離流的實(shí)際控制效果。文中采用了三種不同類(lèi)型的流

3、動(dòng)偏轉(zhuǎn)器，由最初流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器的流場(chǎng)顯示看出，流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器可以有效地控制分離。由第二種流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器的風(fēng)洞測(cè)力測(cè)壓實(shí)驗(yàn)看出，流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器可以使失速攻角推遲3度，由于流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器對(duì)來(lái)流的偏轉(zhuǎn)作用，可以使機(jī)翼上翼面的壓力峰值保持到攻角24度。與干凈機(jī)翼相比較，最終改進(jìn)型流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器可以使失速攻角推遲6度。由PIV流場(chǎng)測(cè)量結(jié)果看出，在流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器的控制下，翼型上表面大的分離渦結(jié)構(gòu)被抑制，失速攻角推遲；翼型上表面渦量變化較大的區(qū)域下移，壁面邊界層與來(lái)流之間的能量

4、交換加劇，底層能量增加，抗分離能力增強(qiáng)。
　　 第三，采用數(shù)值計(jì)算方法，研究流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器的流動(dòng)控制機(jī)理，并結(jié)合基因算法，對(duì)偏轉(zhuǎn)器進(jìn)行多參數(shù)優(yōu)化。通過(guò)對(duì)流動(dòng)方向變化規(guī)律和翼面邊界層的深入研究，探尋了偏轉(zhuǎn)器的控制原理：使來(lái)流向機(jī)翼吸力面偏轉(zhuǎn)；削弱機(jī)翼前緣附近流動(dòng)的三維效應(yīng)使流動(dòng)趨近二元化；使邊界層內(nèi)速度型變得飽滿(mǎn)，減小速度型形狀因子H12，增大速度型的穩(wěn)定性，抑制流動(dòng)分離。基因算法的優(yōu)化結(jié)果提升了流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器的應(yīng)用潛力。在流動(dòng)控制中，經(jīng)

5、過(guò)基因算法優(yōu)化后的流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器，可以更加有效的提高翼型的氣動(dòng)性能。計(jì)算流體力學(xué)(CFD)和基因算法(GA)的結(jié)合是一種有效的強(qiáng)大的優(yōu)化方法，它在當(dāng)前的流動(dòng)控制設(shè)計(jì)中具有前瞻性。通過(guò)iSIGHT設(shè)計(jì)平臺(tái)，結(jié)合Fluent。形成一個(gè)高效的優(yōu)化平臺(tái)，可以推廣到更廣泛的流體應(yīng)用領(lǐng)域。另外，本文把遺傳算法應(yīng)用到空氣動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，可以為飛行器工程設(shè)計(jì)和空氣動(dòng)力學(xué)理論分析提供更加優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)方案；流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器是實(shí)現(xiàn)遺傳算法在空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)中應(yīng)用的合適載

6、體；為了滿(mǎn)足遺傳算法對(duì)參數(shù)變化的高精度要求，本文提出把超聲電機(jī)精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于流動(dòng)控制。既推進(jìn)了遺傳算法在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的應(yīng)用，也推進(jìn)了流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
　　 最后，研究了偏轉(zhuǎn)器的實(shí)際工程應(yīng)用。對(duì)風(fēng)力機(jī)專(zhuān)用S809翼型的數(shù)值模擬結(jié)果表明，流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器可以有效的控制分離，改善翼型的失速特性，增加翼型氣動(dòng)性能的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器參數(shù)的基因算法優(yōu)化，得到了在一定范圍內(nèi)失速控制的最優(yōu)參數(shù)，較大的提升了流動(dòng)偏轉(zhuǎn)器流動(dòng)控制性能