低速低雷诺数下层流转捩预测与流动控制研究

摘要

近几年来人们对临近空间的了解越来越深入，就对其的开发利用而言，升浮一体飞行器具有很好的应用前景，而升浮一体飞行器由于所处的飞行环境以及能量来源的限制，要求飞行器的机翼与机身都具有较大的升力，所以以实现整体增升减阻的目标对其气动性能进行优化是非常有必要的。而传统的被动流动控制对飞行器气动性能的优化，已经难以满足升浮一体飞行器关于这方面的需求。于是，主动流动控制会成为将来飞行器气动特性优化上一种极为重要的手段。
　　以射流为研究基础的流动控制是主动流动控制的主要研究方向之一。本文对二维层流翼型抽吸气进行了研究同时与吹气控制进行了对比，并结合该研究对三维机翼表面的抽吸气控制进行了数值模拟，主要研究分析了翼型表面吹吸气孔的分布位置、孔径大小、孔距大小、以及射流速率对层流分离泡的位置以及翼型升阻比的影响规律。本文采用的SST k-ω湍流模型和γ-Reθ转捩模型相结合的耦合模型能够准确预测翼型表面层流分离以及转捩位置，同时在该模型基础上辅以了预处理方法。
　　其计算结果表明：与单独的湍流模型相比，采用SST k-ω湍流模型和γ-Reθ转捩模型相结合的耦合模型对翼型表面层流分离泡和转捩的位置有很好的预测能力；射流控制在抑制低雷诺数下层流分离泡的发展上具有较为有效的作用，并且能够明显的提高低雷诺数下翼型的升阻比；射流孔径、孔距的不同会对翼型表面升阻力系数产生一定的影响，同时，不同的射流孔分布对翼型表面升阻特性的影响并不明显，在一定射流速度范围内，翼型表面的升力随着速度的增加而增加，而阻力则是先减少后增加。总的来看要有较好了流动控制效果要综合考虑翼型表面的升阻力系数、射流情况、翼型表面层流区域以及能量损耗之间的关系。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 工程背景

1.2 流动分离概述

1.3 射流控制技术

1.4 射流技术研究现状

1.5 本文研究内容总述

第二章 控制方程及数值离散方法

2.1 流动控制方程

2.2 SST湍流模型

2.3 γ-Reθt转捩模型

2.4 空间离散格式

2.5 时间离散格式

2.6 预处理方法

2.7 本章小结

第三章 数值模拟方法验证

3.1 引言

3.2 网格无关性验证

3.3 转捩位置数值模拟验证

3.4 预处理方法的验证

3.5 翼面吹吸气数值模拟验证

3.6 本章小结

第四章 二维翼型射流数值模拟

4.1 前言

4.2 不同攻角下二维翼型的气动特性

4.3 攻角为3°时二维翼型射流控制数值模拟

4.4 本章小结

第五章 三维射流数值模拟

5.1前言

5.2三维机翼抽吸气流动控制

5.3本章小结

结束语

本文结论

后续工作的展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果