仿生波状前缘翼型气动特性实验研究

摘要

本文围绕开发低雷诺数下优良气动特性翼型的目标，在前人工作基础上，针对以NACA634-021翼型（与座头鲸侧鳍横截面的几何形状相似）为基型的光滑翼段和波状前缘翼段模型，在0° ~ 90°攻角和雷诺数 5×104下，采用五分量测力天平和粒子图像测速仪（PIV）于直流风洞中分别测量升阻力、扭矩等翼型气动特性和三维流场特性，以开展该仿生方法的有效性和相关波状前缘作用机理的实验研究。实验结果表明：与光滑翼段相比，波状前缘翼段的失速特性更为平缓，失速后气动特性有明显改善，其中升力系数提高最大可达18%，升阻比最大可增加12%，阻力系数减小10%，在30° ~ 80°大攻角区内波状前缘仍然具有一定的效果；通过分析，波状前缘翼型对失速控制的作用机理在于：当气流绕过波状前缘后，气流被引导环绕凸峰运动，在每个波峰的两侧产生了一对反向旋转的流向涡结构，该涡结构作用范围不仅仅局限在边界层内，而且也同时加强了边界层内部和外部势流的动量交换，进而增强了翼型抵御逆压梯度的能力，降低了吸力面的负压梯度，使得流动分离推迟，失速得以延缓。