基于合成雙射流的機翼分離流控制及結冰控制研究.pdf

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

2、合成雙射流防/除冰機理研究。
　　主要研究內(nèi)容和結論如下：
　?。?）針對實驗設計加工了橫向合成雙射流激勵器，研究了其流場特性，并且在風洞中對合成雙射流激勵器控制機翼流動分離進行了 PIV實驗研究。實驗結果表明：①合成雙射流的引入，可以有效控制機翼流動分離，推遲分離攻角。與合成射流激勵器相比，合成雙射流激勵器的控制范圍更廣，控制機翼大攻角流動分離的能力明顯增強，控制機翼流動的失速攻角更大。②合成雙射流激勵器兩出口位置對控制分

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

4、模擬。由數(shù)值模擬結果可知：①不同冰形均破壞了機翼的流線型，對機翼的氣動力特性有不同程度的影響。其中霜冰對機翼氣動力特性影響最?。幻鞅鶎C翼的氣動力特性影響最大；混合冰介于兩者之間。②在小攻角情況下，合成雙射流激勵器能有效改善結冰機翼的不良氣動特性；在大攻角情況下，由于合成雙射流激勵器兩個出口位于分離點之后，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，分離渦最厚點推后，對大攻角下結冰機翼的氣動特性略有改善。
　　

5、（3）設計了合成熱射流激勵器，并提出了合成熱射流激勵器防除冰技術。進行了合成雙射流和合成熱射流防除冰基礎實驗研究，實驗結果表明：①合成雙射流防冰效果不明顯，但能有效防霜，凝固水滴不會像無激勵器作用時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。合成雙射流激勵器除冰效果不明顯，但除霜效果明顯。在水滴完全結冰結霜后開啟合成雙射流激勵器，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時遇冷再凍結，在下游結為更加質(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