航空微机械——微机械用于边界层控制技术的研究

这篇报告介绍了Brite-EuRam航空微机械课题最近的发展。研究目的是应用微机电系统(MEMS)技术抑制飞机机翼上气流分离的可靠性。这个研究课题是由英国航空航天领导的并涉及到Dassauh航空、CNRS和Warwick大学、曼彻斯林、柏林(TUB)、曼特(UPM)Atheus(NTUA)、Laussanne(EPFL)和Tel-Aviv。这个“基础研究”项目是由CEC工业和材料技术研究所CNRS和合作工业联合基金支持的，经费支出大约26人年，1．5百万欧元三年时间。这个课题的目的在于评估利用MEMS技术改善紊流附面层进而推迟分离的可能性。课题进行了两种流场控制的概念研究，控制壁面附近气流方向上湍流结构(马蹄形涡和条纹)，控制分离点下游附近的大尺寸横向涡的结构，运用大量的实验，数值模拟和控制系统模型等手段，验证了检测和作功的不同概念。MEMS系统的硬件是以体激励器和传感器的形式发展的。课题研究以在工业相关领域进行实验验证为目的。     

涡流发生器研制及其对边界层的影响研究

本文主要介绍了涡流发生器的机理和用途，涡流发生器研制和使用的一些重要参数，并进行了分析和验证。通过风洞试验段侧壁边界层和马赫数分布测量及半模型试验，证明该涡流发生器的研制是成功的。在风洞试验段侧壁安装涡流发生器情况下，在马赫数０．４至０．９范围，使涡流发生器下游８８０ｍｍ处侧壁上的边界层约减薄了７１％，而且对流场均匀度没有影响，并使半模试验有所改善。     

用CSCM格式模拟二维收缩管道内的流动

 采用Lombard等人提出的CSCM(Conservative Supra-Characteristics Method)差分方法数值模拟二维收缩管道内波系干扰及激波边界层干扰等问题。所得结果同已往计算结果进行了比较。通过压力场和速度场的计算结果可看到Ma数对流场的影响。在Ma数较小时激波角较大,可看到激波经两次相交一次反射逐渐变弱的情况。Re数改变对流场也有明显影响,且给出由于激波干扰引起边界层分离的计算结果。最后还给出收缩管道内激波由正激波逐步形成斜激波的非定常过程。     

振动尖塔对风洞模拟大气湍流边界层的作用

针对大气边界层风洞模拟中常常出现的湍流度随高度衰减太快的问题，本文尝试了一种新的被动模拟方法——振动尖塔法。该方法主要采用了具有弹性底座的尖塔型旋涡发生器。尖塔群受风洞自由来流驱动，发生随机振动，向下游流场注入了强烈的低频扰动，致使试验区的湍流度、积分尺度和风谱惯性子区的宽度都明显增加，改善了风洞的模拟性能。     

激波与旋涡对干扰研究:激波动力学特性及声波产生机理

采用五阶WENO格式,通过数值求解二维非定常Navier-Stokes方程,系统模拟了激波与旋涡对的干扰过程.我们研究了强度为1.05和1.2两个典型的激波同不同强度的旋涡对的干扰过程.根据激波动力学特性,我们把激波与掠过型旋涡对干扰分成四类,而碰撞型干扰分成七种不同的类型.研究表明,激波与旋涡对干扰过程中,声波产生有三种机制,激波与涡对的干扰,涡对之间的耦合以及激波与声波的干扰.     

高分辨率格式与钝舵绕流数值模拟

 采用Beam-Warming/TVD格式，Roe二阶、三阶以及四阶通量差分分裂格式数值计算雷诺平均Navier-Stokes方程，湍流附加粘性采用Baldwin-Lomax模型计算，针对超声速绕钝圆舵流动进行了数值模拟比较研究，计算给出了流场的详细结构，物面压力分布与实验值符合良好，尤其是Roe三阶格式给出了较好的计算结果，两个超声速回流区以及湍流边界层分离也得到了很好的数值模拟。     

平面运动激波在定常超音速劈表面马赫反射的研究

本文介绍了在电控双驱动激波风洞中进行的平面运动激波在有定常超音速绕流的尖劈表面马赫反射的实验。这种反射现象属于准定常的,在实验中观察到了四种反射(RR,SMR,CMR和DMR)。本文还计算了三波点Τ的迹线及弯折点Κ的迹线分别和劈面的夹角χ和χ',以及各种反射相互转变的边界。发现运动激波波前定常超音速气流马赫数Μ_0会影响χ和χ'角,使(θ_ω+χ,Μ_s)平面上各种反射的转变边界发生变化,但不影响(θ_w,Μ_s)平面上的各条转变边界线。     

高超音速进气道的附面层问题

本文论述了高超音速进气道所面临的严重附层面问题,高超音速附面层的特点,高超音速附面层对进气道性能的影响,影响附面层转捩和厚度的诸因素.对如何控制和改善附面层及在设计高超音速进气道时如何考虑附面层因素,亦提出了一些初步看法.     

二维非常规压缩型面超/高超声速进气道的设计概念

为了提高满足一定尺寸要求的进气道的性能,提出了一种非常规压缩型面进气道,并用数值模拟手段对该进气道和常规的二维斜楔式进气道的性能进行了比较。数值模拟结果表明,设计工况下该进气道能够获得跟常规二维斜楔式进气道大致相当的气动性能。非设计工况下,该进气道性能优于常规进气道。一体化设计时,该进气道对保持前机体来流附面层的稳定性十分有利。