非定常自由來(lái)流對(duì)模型動(dòng)態(tài)氣動(dòng)特性影響的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)性能要求的不斷提高，過(guò)失速機(jī)動(dòng)能力已經(jīng)成為下一代戰(zhàn)斗機(jī)的重要性能指標(biāo)之一。雖然關(guān)于過(guò)失速機(jī)動(dòng)飛行中非定常氣動(dòng)力的研究已進(jìn)行多年，但是過(guò)去的研究，主要集中在飛行姿態(tài)快速變化產(chǎn)生的非定常氣動(dòng)力上。然而，戰(zhàn)斗機(jī)在完成過(guò)失速機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，飛行速度也將產(chǎn)生較大變化，因此在研究戰(zhàn)斗機(jī)過(guò)失速機(jī)動(dòng)飛行中的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)特性時(shí)，考慮飛行速度變化產(chǎn)生的影響是十分必要的。 本文在南航非定常風(fēng)洞內(nèi)，以NACA0012翼型和三角翼模型為研究對(duì)象，借

2、助動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力測(cè)量技術(shù)、動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量技術(shù)、流場(chǎng)顯示和PIV測(cè)量技術(shù)，對(duì)非定常自由來(lái)流中的二維翼型動(dòng)態(tài)氣動(dòng)特性，非定常自由來(lái)流中的靜態(tài)三角翼氣動(dòng)特性，以及非定常自由來(lái)流與三角翼俯仰運(yùn)動(dòng)耦合作用下的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)特性等，進(jìn)行了詳細(xì)和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。分析了來(lái)流速度脈動(dòng)對(duì)氣動(dòng)特性產(chǎn)生的影響，分別討論了對(duì)氣動(dòng)特性產(chǎn)生影響的物理機(jī)制。應(yīng)用拓?fù)浞治龇椒?，分析了非定常自由?lái)流下的三角翼空間流場(chǎng)瞬時(shí)流線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最后，對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的非定常氣動(dòng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行了建模，分析

3、了考慮非定常自由來(lái)流影響的非定常氣動(dòng)力數(shù)據(jù)對(duì)過(guò)失速機(jī)動(dòng)飛行特性產(chǎn)生的影響。 非定常自由來(lái)流對(duì)靜態(tài)二維翼型氣動(dòng)特性的影響研究表明，來(lái)流風(fēng)速以短周期脈動(dòng)時(shí)，升力系數(shù)隨來(lái)流速度的減小而增加，來(lái)流風(fēng)速以長(zhǎng)周期脈動(dòng)時(shí)，升力系數(shù)則減小。這與翼型前緣形成的分離渦隨來(lái)流速度變化在翼面上駐留的時(shí)間有關(guān)。翼型俯仰運(yùn)動(dòng)與非定常自由來(lái)流耦合運(yùn)動(dòng)下的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)特性研究結(jié)果表明，耦合運(yùn)動(dòng)下的升力系數(shù)的遲滯回線比單獨(dú)俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)擴(kuò)大，最大升力系數(shù)的值比單獨(dú)俯仰

4、運(yùn)動(dòng)時(shí)增加。來(lái)流風(fēng)速的影響作用，在模型靜態(tài)失速攻角前后表現(xiàn)的最為明顯，這是因?yàn)閬?lái)流風(fēng)速的減速使得模型動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的前緣渦從翼型上的脫落過(guò)程進(jìn)一步減緩。 非定常自由來(lái)流對(duì)靜態(tài)三角翼模型氣動(dòng)特性的影響研究表明，來(lái)流減速和加速過(guò)程對(duì)三角翼背風(fēng)面空間流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，是導(dǎo)致三角翼模型氣動(dòng)特性產(chǎn)生變化的主要原因。對(duì)三角翼上流動(dòng)結(jié)構(gòu)影響最顯著的，是當(dāng)前緣渦在翼面上發(fā)生破碎以后。而對(duì)于小攻角下的附著流動(dòng)以及很大攻角下的完全分離

5、流動(dòng)，三角翼上的流動(dòng)結(jié)構(gòu)變化則表現(xiàn)的不明顯。通過(guò)對(duì)非定常自由來(lái)流變化過(guò)程中，翼面橫截面內(nèi)的瞬時(shí)流線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析表明，隨著來(lái)流風(fēng)速的減小，三角翼上的渦的破碎位置向下游移動(dòng)，而來(lái)流風(fēng)速的加速過(guò)程又使渦的破碎位置提前。橫截面內(nèi)的流動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化可以大致判斷前緣集中渦的破碎位置變化。 三角翼模型單獨(dú)俯仰運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究表明，并不是在所有情況下模型的俯仰運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生明顯的動(dòng)態(tài)遲滯特性。產(chǎn)生較大動(dòng)態(tài)遲滯特性的運(yùn)動(dòng)，是模型上的流動(dòng)經(jīng)歷了多

6、種流動(dòng)形態(tài)變化的運(yùn)動(dòng)，特別是在模型靜態(tài)失速攻角前后范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)減縮頻率的影響也最明顯。 來(lái)流風(fēng)速脈動(dòng)與三角翼模型俯仰運(yùn)動(dòng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)研究表明，在小攻角附著流動(dòng)和很大攻角完全分離流動(dòng)的情況下，模型俯仰與來(lái)流脈動(dòng)的耦合作用對(duì)模型氣動(dòng)特性的影響并不是很明顯。而當(dāng)模型動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷較大流態(tài)變化時(shí)，特別是在模型靜態(tài)失速攻角前后，來(lái)流風(fēng)速脈動(dòng)使氣動(dòng)特性的遲滯回環(huán)進(jìn)一步擴(kuò)大，并增大了模型的最大升力系數(shù)，推遲了動(dòng)態(tài)失速攻角的出現(xiàn)。流動(dòng)顯

7、示和PIV測(cè)量結(jié)果說(shuō)明，模型上仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，來(lái)流風(fēng)速的減速過(guò)程對(duì)前緣渦的破碎起到進(jìn)一步的推遲作用，而來(lái)流風(fēng)速的加速過(guò)程則促進(jìn)了前緣渦的破碎。 非定常氣動(dòng)力數(shù)學(xué)模型的研究表明，不論是模糊邏輯模型還是基于模糊聚類分析的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)于多變量輸入輸出系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是比較好的建模方法，有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力。而模糊聚類分析方法則很好地解決了模型的結(jié)構(gòu)辨識(shí)問(wèn)題，提高了計(jì)算速度。過(guò)失速機(jī)動(dòng)中迎角定直飛行的仿真計(jì)算表明，考慮來(lái)流非定常變化的非定常氣