基于合成雙射流的機(jī)翼分離流控制及結(jié)冰控制研究.pdf

1、飛行中飛機(jī)機(jī)翼的結(jié)冰，不僅會(huì)破壞機(jī)翼的氣動(dòng)性能，引起機(jī)翼流動(dòng)分離，還會(huì)影響飛機(jī)整體的操控性，同時(shí)碎冰脫落還可能對飛機(jī)的油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)等重要部位的安全存在威脅。尤其由于無人機(jī)等中小型飛機(jī)有效載荷小，抗冰能力差，機(jī)翼結(jié)冰的影響更為嚴(yán)重，因此開展機(jī)翼分離流控制及防/除冰控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文利用合成雙射流激勵(lì)器能效高、質(zhì)量輕、占用空間小的特點(diǎn)，以及其對機(jī)翼流動(dòng)分離控制的優(yōu)良特性，開展合成雙射流機(jī)翼和結(jié)冰機(jī)翼的流動(dòng)分離控制，以及

2、合成雙射流防/除冰機(jī)理研究。
　　主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?。?）針對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)加工了橫向合成雙射流激勵(lì)器，研究了其流場特性，并且在風(fēng)洞中對合成雙射流激勵(lì)器控制機(jī)翼流動(dòng)分離進(jìn)行了 PIV實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①合成雙射流的引入，可以有效控制機(jī)翼流動(dòng)分離，推遲分離攻角。與合成射流激勵(lì)器相比，合成雙射流激勵(lì)器的控制范圍更廣，控制機(jī)翼大攻角流動(dòng)分離的能力明顯增強(qiáng)，控制機(jī)翼流動(dòng)的失速攻角更大。②合成雙射流激勵(lì)器兩出口位置對控制分

3、離的影響非常明顯。合成雙射流激勵(lì)器兩出口任一出口位于分離點(diǎn)之前較近位置時(shí)，都能有效控制機(jī)翼大攻角分離，且出口位置越靠近分離點(diǎn)，控制效果越明顯。③合成雙射流激勵(lì)器對機(jī)翼分離流動(dòng)的控制能力與射流的能量水平相關(guān)，即便合成雙射流激勵(lì)器兩出口位于機(jī)翼流動(dòng)分離點(diǎn)之前，若距離分離點(diǎn)較遠(yuǎn)且射流能量較低時(shí)，則不能有效控制機(jī)翼流動(dòng)分離。
　　（2）分析比較并選擇了適當(dāng)?shù)臄?shù)值模擬湍流模型，并對結(jié)冰機(jī)翼的流場特性及激勵(lì)器控制結(jié)冰機(jī)翼流動(dòng)分離進(jìn)行了二維數(shù)值

4、模擬。由數(shù)值模擬結(jié)果可知：①不同冰形均破壞了機(jī)翼的流線型，對機(jī)翼的氣動(dòng)力特性有不同程度的影響。其中霜冰對機(jī)翼氣動(dòng)力特性影響最小；明冰對機(jī)翼的氣動(dòng)力特性影響最大；混合冰介于兩者之間。②在小攻角情況下，合成雙射流激勵(lì)器能有效改善結(jié)冰機(jī)翼的不良?xì)鈩?dòng)特性；在大攻角情況下，由于合成雙射流激勵(lì)器兩個(gè)出口位于分離點(diǎn)之后，其不能有效消除大的分離渦，但可以使得分離渦推遲，分離渦厚度增加，分離渦最厚點(diǎn)推后，對大攻角下結(jié)冰機(jī)翼的氣動(dòng)特性略有改善。
　　

5、（3）設(shè)計(jì)了合成熱射流激勵(lì)器，并提出了合成熱射流激勵(lì)器防除冰技術(shù)。進(jìn)行了合成雙射流和合成熱射流防除冰基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①合成雙射流防冰效果不明顯，但能有效防霜，凝固水滴不會(huì)像無激勵(lì)器作用時(shí)在表面生成針葉狀的霜，而是在水滴表面均勻的形成一層白色的顆粒狀霜。并且使水滴的高度降低，錐形尖端變得平坦，水滴與冷板平面的接觸面積增加。合成雙射流激勵(lì)器除冰效果不明顯，但除霜效果明顯。在水滴完全結(jié)冰結(jié)霜后開啟合成雙射流激勵(lì)器，針葉狀霜的“針尖

6、”迅速消失，霜的厚度迅速減小，表面變?yōu)橐粚泳鶆虻闹鶢畋?。隨后，凝固水滴上的冰晶及錐形冰尖逐漸融化，凝固水滴的高度逐漸降低，錐形尖端逐漸變得平坦，融化的液態(tài)水在沿凝固水滴向下流動(dòng)時(shí)遇冷再凍結(jié)，在下游結(jié)為更加質(zhì)密的小顆粒狀白霜，凝固水滴與冷板平面的接觸面積增大。②合成熱射流激勵(lì)器的除冰除霜作用十分明顯，在合成熱射流作用下，凝固水滴表面的霜從頂端向下逐漸消失，同時(shí)凝固水滴變矮，錐形頂端變得平坦，水滴與冷板平面的接觸面積增加。最后凝固水滴恢復(fù)