大攻角細(xì)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(jī)動(dòng)時(shí)常會(huì)由于前體非對稱渦的出現(xiàn)而受到較大的側(cè)向力和偏航力矩，研究前體非對稱渦的產(chǎn)生機(jī)理和發(fā)展規(guī)律具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程價(jià)值。本文通過對大攻角細(xì)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(jìn)行了研究，目的是對非對稱流動(dòng)的特征和機(jī)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(biāo)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(jìn)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(dòng)場的分析研究擾動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度和擾動(dòng)周向角下的流場非對稱特征及相應(yīng)的截面?zhèn)认蛄ρ丶?xì)長體軸向的發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明，在大攻角(如50°)下，靠近細(xì)長體頭部處的截面?zhèn)认蛄ο禂?shù)隨擾動(dòng)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(dòng)越強(qiáng)，開始

3、出現(xiàn)方波波形的截面越靠近頭部。計(jì)算中也發(fā)現(xiàn)，Reynolds數(shù)越小，流場對頭部擾動(dòng)的感受性越弱，體現(xiàn)在流場的非對稱程度變??；而側(cè)向力隨擾動(dòng)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ǎ詈笞優(yōu)閱沃芷谶B續(xù)變化。 對不加擾動(dòng)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(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)較大側(cè)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(huì)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(dòng)。這兩類非定常模態(tài)都在實(shí)驗(yàn)中有所體現(xiàn)。非定常直接數(shù)值模擬的結(jié)果也與整體穩(wěn)定性分析的結(jié)果一致。 通過對擾動(dòng)場的分析發(fā)現(xiàn)，擾動(dòng)能量沿軸向的發(fā)展過程中，在經(jīng)過起始增長區(qū)，會(huì)進(jìn)入指數(shù)增長區(qū)，最后進(jìn)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(dòng)