可变弯度机翼流动分离特性的实验研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaolei19890917
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基于自然界的启示和飞行器发展的趋势,可变形飞行器这一新的空气动力学概念受到了越来越多的关注。可变形飞行器的基础研究不但对于下一代飞行器研发提供指导,同时也为揭示自然界中生物飞行的流体力学机理提供帮助,因而具有广泛而深远的研究价值。在各种变形方式中,可变弯度机翼不但可以提升飞行器的气动效率,还使其能够适应更为广泛的飞行环境,因而受到特别关注。本文的工作通过气动力测量和相关流场显示方法,研究了可变弯度机翼的流动分离特性,重点关注了可变弯度机翼的准定常及非定常气动特性。   首先设计制作了一个可以实现连续光滑弯度变形的二维机翼模型,基于该模型搭建了相应的气动力测量及流场显示平台,最终在实验平台上研究了可变弯度机翼特有的流动分离特性。研究表明,机翼弯度准定常变化所导致的流动分离特性表现出与定常弯度条件下相应结果的显著差异。这种差异是由前缘失速和尾缘失速两种分离方式所决定的。相同的机翼弯度及来流条件下,这两种分离方式都有可能存在,而不同分离方式的出现则与机翼变形过程中先前时刻的流场环境及变形路径相关。在流动分离情况下,研究表明可变形飞行器外围流场结构不仅与当前时刻的飞行器外形及来流条件有关,而且还和流场变化的历史过程相关。   通过几种典型的弯度变形运动曲线,研究了变形频率及变形路径对于气动特性的显著改变,从而体现出可变弯度机翼特有的非定常流动分离特性。在机翼弯度非定常变形的条件下,气动力测量和相关的流场显示实验揭示出了两种流动特征:流动的迟滞和非定常流动分离。随着机翼弯度变形频率的增加,其带来的非定常气动特性逐渐显著。机翼运动频率增加到一定程度时气动力系数会出现明显的迟滞环。PIV流场显示表明这种迟滞是由于弯度变形导致分离点及分离程度相对机翼运动迟滞所造成的。另一方面在低频运动条件下,机翼尾缘的非定常流动分离会导致升力系数的随机波动,此时体现的流动分离本身所具有的非定常特性。
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