非定常气动力和控制技术风洞试验研究.pdfVIP

2003空气动力学前沿研究论文集 非定常气动力及控制技术风洞试验研究 姜裕标黄勇孙海生沈礼敏 (中国空气动力研究与发展中心低速所，四川绵阳621000) 袁辉靖 (北京大学力学系测试分析室，北京100871) 李永 (清华大学热能工程系，北京100084) 摘要本文主要介绍了运用翼身组合体模型在CARDC—av3．2m亚声速风洞进行非 定常气动特性研究。研究内容包括一60。后掠角三角翼身组合体在俯仰、偏航和滚 转振荡中的气动特性，以及利用展向吹气对动态气动特性的影响。另外，运用PIV 技术研究了非定常气动特性及展向吹气影响的流动机理。研究结果表明：利用展向 吹气可显著改善在俯仰、偏航和滚转振荡中气动特性的迟滞现象。 关键词风洞试验非定常空气动力学展向吹气PIV技术 1 引言 旋涡流动及其控制一直是空气动力学研究的一个重要领域。近年来，为了满足研制新一 代高机动性的飞行器的需要，研究失速和过失速攻角范围内，特别是在动态过程的流动现象和 气动特性，已成为当今空气动力学研究的一个重要课题，自80年代以来，国外在这面已作了许 多研究。以往的研究表明[1，20]，在动态过程中，气动力特性出现了所谓“迟滞回线”现象。气 动力特性的这种非线性迟滞现象对于飞行器的飞行控制带来了许多新的问题，影响飞机的性 能。在这期间，国内外对机翼快速俯仰运动的研究开展比较广泛，而且取得了一些重大成果。 由于机翼快速俯仰运动使得机翼在上仰与下俯阶段的气动特性有很大差异，从而对飞机的操 纵和稳定性带来很多困难，因此，一些单位开展了对过失速非定常气动特性的主动控制研究， 如Miller等人在水洞中用翼面喷流的方法来控制三角翼俯仰运动时的翼面流动，取得了良好 的效果。南航的黄达等人在研究性风洞中运用烟流显示方法和相锁照相技术，取得了大量不 同状态下翼面空间烟流照片，研究了翼面吹气控制俯仰过失速非定常流动的机理，得到了一些 有价值的结果。气动中心一所在1996年研制了我国第一套适用于生产型风洞的大攻角大振 幅非定常试验装置。研究了展向吹气对三角翼动态气动特性的影响。研究结果表明：利用展 向吹气可显著改善在俯仰、偏航和滚转振荡中气动特性的迟滞现象。 随着PIV技术的发展，为测量非定常气动特性的空间流场提供了可能，由于PIV具有较 高的空间分辨率和瞬态性，特别适用于非定场复杂流场测量。为了研究非定常气动特性及展 向吹气影响的流动机理，在∞．2m风洞应用PIV技术进行了动态试验空间流场测量，获得了 非定常流场的定量流动显示结果。 非定常气动力及控制技术风洞试验研究 2试验设备和模型 2．1风洞 m亚声速风洞中进行，该风洞为开闭两用的回流式风洞，试验段为 试验是在CARl3C一∞．2 2 m／s。 m／s，闭口试验段的最高风速为145 圆形，直径为3 m，开口试验段的最高风速可达115 2．2试验装置 压缩 ． 一 心] ＼ 试验所用的试验装置为大攻角30 1。 ^＼ f 大振幅非定常试验装置，见图1。该 {{ 弋 嗜 装置由运动控制机构、模型支承架、 ≮j，，I 测力天平以及动力控制系统等部分 ＼／ 组成。运动控制机构是该装置的主 要部分，它由蜗轮和齿轮二级减速