翼身组合体摇滚特性高速试验研究

简要介绍了翼身组合体高速风洞自由摇滚实验技术的实验装置、实验方法、数据采集等。开展了翼身组合体大迎角下的摇滚特性研究,给出了典型的结果,研究结果表明随着模型迎角的增加,翼身组合体呈现不同的滚转运动形态,包括静态稳定、准极限环摇滚等。所研究的参数范围内后掠角对摇滚有较大影响,随着模型迎角的增加摇滚振幅呈现抛物线,马赫数的增加对最大摇滚振幅起抑制作用。     

俯仰角对鸭式布局飞机摇滚运动的影响与机理分析

为了研究鸭式布局飞机的摇滚运动,设计了一种包括鸭翼、脊型前体、边条翼、主翼和垂尾的模型,进行滚转自由度释放、静态测力、动导数试验和烟线流场显示多种技术手段相结合的风洞试验。首先为了得到摇滚从发生到消失的全过程,进行了俯仰角范围为12°~52°、间隔1°测量的滚转自由度释放试验;结果表明对应于不同的俯仰角,鸭翼布局飞机的摇滚运动也具有不同的性质,其平衡点和运动形式均发生变化。接着静态测力和动导数试验证实:在翼体结构的多涡系影响下,摇滚可在零度平衡点和非零平衡点位置处发生;且运动可为极限环和非极限环形式。最后通过流场显示,分析了在不同迎角时鸭式布局飞机形成翼体摇滚的可能的流动机理。     

战斗机边条翼大迎角涡升力研究

利用求解(翼身组合体)欧拉方程的数值计算方法，对边条翼布局飞机的气动力特性进行了研究，计算并分析了边条翼对机翼表面压力分布的影响规律以及对全机升力特性尤其是大迎角升力特性的影响。最后，给出了带边条翼战斗机大迎角涡升力特性的研究结论。     

大迎角下鸭翼涡与边条涡的干扰特性

 在风洞测力、水洞染色线和激光片光实验的基础上 ,对翼身组合体鸭翼边条翼布局大迎角涡系干扰机理进行了分析和探讨 ,揭示了该布局增升的机理。鸭翼涡位于机翼内侧 ,其与边条涡的相互诱导致使边条涡向外翼偏折 ,既改善了外翼的流态 ,又使机翼前缘涡量卷入边条涡 ,增强了边条涡的强度 ,从而延迟其破裂。两方面的共同作用 ,提高了主翼的涡升力 ,起到增升作用。     

前体涡诱导双极限环摇滚流动特性的实验研究

通过摇滚/PIV/压力同步测量实验,对翼身组合体前体涡诱导的双极限环摇滚过程中流动特性及演化规律进行了系统的研究,并分析了前体涡诱导翼-身组合体双极限环摇滚的流动机理。实验结果表明,前体涡与机翼翼面流动的相互作用使模型在正负滚转相位处分别出现极限环摇滚运动;正负滚转相位过渡是模型运动惯性与气动力共同作用的结果。     

边条翼和近距鸭翼布局模型动态气动特性分析

针对边条翼与近距鸭翼这两类典型战斗机布局模型,在中国空气动力研究与发展中心FL-24风洞进行了大振幅俯仰动态试验与模型自由摇滚试验,并对比分析了边条翼与近距鸭翼布局模型高速大迎角的动态气动特性。结果表明:边条翼模型纵向动态特性明显优于近距鸭翼模型,尤其是俯仰力矩迟滞效应更强;近距鸭翼模型在攻角26°~45°区间出现了较大的滚转力矩,容易诱发摇滚运动;最后,通过自由摇滚试验验证了俯仰动态试验分析结论,即近距鸭翼模型在迎角大于30°后出现了极限环摇滚现象。     

前体涡诱导机翼摇滚扰动控制高速风洞试验研究

通过在临界雷诺数范围内的翼身组合体自由摇滚试验,开展了前体涡扰动对机翼摇滚的流动控制研究。实验结果表明,通过对前体涡的控制可以有效消除翼身组合体摇滚的发生,添加头尖扰动的位置对控制效果具有明显影响,扰动在正侧向控制效果最佳,这种摇滚控制方式在较宽的迎角范围及马赫数范围内均有效。对前体涡诱导机翼摇滚的扰动控制机理做了简要分析。     

边条翼布局流场及其双垂尾抖振特性研究

对边条翼双垂尾布局模型的流场进行了激光片光源显示实验研究。实验在西北工业大学NF-3风洞三元实验段进行。实验记录了沿机身轴向从边条到垂尾后缘共8个剖面位置的流动状态。测试迎角范围10°~35°,风速4m/s。通过边条涡流场随迎角的发展和破裂特性与前期双垂尾抖振实验获得的模型垂尾抖振响应特性的对比分析发现:垂尾翼根弯矩、翼尖加速度响应随迎角的变化均与边条涡的发展状态、是否破裂以及破裂程度密切相关。从而得出结论:边条涡破裂是引起边条翼布局双垂尾抖振的主要原因。     

鸭翼边条翼布局俯仰非线性抑制研究

采用CFD方法,研究鸭翼抑制边条翼布局俯仰非线性上仰的可行性。研究结果表明,边条翼布局具有复杂的多涡系旋涡流动结构,而导致俯仰非线性的主要因素是主翼涡的破裂。鸭翼对边条翼翼身组合体俯仰非线性上仰具有很强的抑制作用;鸭翼负偏度可提高鸭翼对俯仰非线性上仰的抑制能力,在更大迎角范围内对俯仰非线性具有明显的减缓作用。     

具有机翼和立尾的尖头机身的不对称背涡及其气动特性

 在低速大迎角无侧滑情况下,翼身组合体(BW),翼身、立尾组合体(BWV)的侧力系数随迎角的变化规律与对应的单独机身的相应特性基本相仿。在有侧滑(|β|≤8°)的情况下,翼身组合体的侧力系数和偏航力矩系数随迎角的变化规律与无侧滑的情况也基本相仿。三种边条对抑制机身的不对称背涡在各种情况下均有显著效果。     

边条翼布局双垂尾抖振特性与机理风洞实验研究

对两种平面形状的边条翼布局模型分别作了双垂尾抖振实验和涡流场激光片光源显示实验研究。抖振实验测量了两种模型双垂尾的翼根弯矩响应和翼尖加速度响应,涡流场显示实验记录了两种模型上典型位置上的涡流场发展状态。通过边条涡流场随迎角的发展和破裂特性与模型垂尾抖振响应特性的对比分析发现:(1)垂尾翼根弯矩、翼尖加速度响应随迎角的变化均与边条涡的发展状态、是否破裂以及破裂程度密切相关;(2)主翼后掠角较大的情况下,机翼前缘涡与边条涡相互干扰,不但加快了涡的破裂使得双垂尾抖振起始迎角减小,而且使得垂尾的抖振响应较大。     

后掠翼身干扰区流动特性及改善措施研究

利用流动显示及表面压力测量方法研究了后掠翼身干扰区的流动特性,并研究了用小边条等措施改善干扰区的流动特性的效果。结果表明,随着不同机翼后掠角、不同迎角及不同Ｒｅ数对干扰区流动特性的影响,流成可以从一涡系变成多涡系由定常变成非定常,而且在一定的Ｒｅ数以后涡系会湍流化;翼身干扰区上游的的逆压梯度是导致边界层分离的物理原因,利用面积很小的边条可以降低干扰区局部的逆压梯度,可以导至干扰区的旋涡很弱,甚至不     

机身边条对双三角翼飞机升力特性的影响

通过低速风洞测力试验和七孔探针对空间流场的测量,研究了机身边条对双三角翼飞机升力特性的影响,并分析了机身边条的增升机理。研究表明机身边条在攻角12°以后使升力有了很大提高,这是由于机身边条产生的边条涡在一定迎角下与内翼涡相互诱导、相互作用,内翼涡使边条涡向机翼内侧移动,而边条涡则将内翼涡向外推,并使内翼涡的强度增大,两者的作用提高了双三角翼内翼上的涡升力,起到增升的作用。     

窄条翼布局导弹摇滚特性及流动机理

钝头体窄条翼布局导弹在大攻角下拥有极为优异的纵向气动特性,但横向容易失稳,做快速机动时容易诱发非指令的横向不稳定运动。通过开展高速风洞自由摇滚试验和数值模拟,研究了窄条翼导弹自由摇滚特性和流动机理,试验与计算吻合较好。研究发现:较大迎角时,窄条翼面积中心距离尾舵前缘根部5~6倍直径时,模型会进入极限环摇滚,窄条翼位置对模型稳定性有显著的影响,去掉窄条翼或尾舵时,模型均不会进入摇滚;模型空间流场特性表明,气流经过窄条翼时形成的片涡,对背风舵产生强烈的干扰,抑制了尾舵涡的形成和发展,使背风舵动态失稳,导致模型进入极限环摇滚。     

考虑二次本构关系的湍流模型对翼身组合体阻力预测的影响分析

使用自行发展的MFlow求解器对第六届AIAA阻力预测会议的翼身组合体外形进行了数值模拟研究。在文章中着重对比了线性涡黏模型和考虑二次本构关系的湍流模型的数值模拟结果,并与试验结果进行了比较。研究发现,考虑二次本构关系的湍流模型能够比较准确地预测翼身组合体的气动特性,而线性涡黏模型从迎角3.5°开始,高估了翼身结合处的分离流动,导致预测的气动力与试验结果差异较大。对翼身结合处局部流动和压力分布的详细分析,展示了两种模型预测的气动特性差别很大的原因。     

利用涡的有利干扰推迟翼涡破裂

本文通过测力和水槽流态观察试验研究了战斗机和导弹式的翼体组合体翼涡破裂的推迟措施。利用安置于机翼(弹翼)前方和机体两侧的大后掠、小面积的机体边条所产生的边条涡的有利干扰,可以有效地推迟翼涡的破裂,从而达到提高最大升力系数和临界迎角的目的,试验表明,安置在不同位置的机体边条均可不同程度地提高最大升力系数C_(Lmax),在适当位置时,可提高临界迎角α_(kp)达2°～3°。     

鸭式布局飞行器的翼体摇滚特性风洞试验

为研究鸭式布局飞行器摇滚特性,设计了一种包括鸭翼、脊型前体、边条翼、主翼和垂尾的模型,进行了自由滚转、扰动滚转、静动态测力和烟线流场显示多种技术手段相结合的风洞试验。通过自由滚转和扰动滚转试验得到了该模型翼体摇滚的时间历程,静态测力和动导数测定验证了非极限环运动形式摇滚的发生。结果表明该鸭式布局模型摇滚不仅同侧存在多个摇滚平衡点,而且在临界俯仰角,摇滚过程中可能出现从一摇滚平衡点跳动至同侧另一摇滚平衡点的突变。通过流场显示技术得到该鸭式布局模型复杂流场的基本形态分布,并对滚转角为0°时的全机涡系干扰和摇滚形成机理进行了简要分析。     

两种导弹型的翼-身组合体的涡系干扰

通过染色法和氢气泡法流态显示技术观察了迎角从零至25°的两种翼-身组合体的涡系干扰现象,一种是十字翼-身组合体,另一种是×字翼-身组合体。并且对两种组合体涡系干扰的差异进行了分析比较和讨论。为了比较,对单独外露弹翼也进行了实验观测。     

翼身组合体大迎角前体非对称涡流动性态研究

在亚临界流动范围内,对于带有鸭翼、机翼的翼身组合体,在其头尖部带有确定扰动的条件下,研究模型大迎角下的非对称背涡结构及其气动力特性随扰动周向角的演化规律。通过对模型表面的压力分布和侧向力分布分析,结合流场显示结果,表明翼身组合体绕流中鸭翼前各截面均处于非对称二涡区,头部截面侧向力分布随头尖部滚转而呈现出双稳态特性,鸭翼和机翼上方的流动在大迎角下处于完全分离流动状态,从而使得模型上鸭翼之后的截面侧向力接近为零。     

翼身组合体流场测量和分析

本文给出了翼身组合体空间流场测量结果,揭示了机身涡、机翼涡随迎角的变化及相互干扰情况。当迎角足够大时,翼面上方流态从破裂涡发展成完全分离流,其尺度可达5～8倍机身直径。