[发明专利]一种用于跨声速机翼的前加载-吸气组合流动控制方法

说明书

本发明公开了一种用于跨声速机翼的前加载吸气流动控制方法，属于空气动力学技术领域，用于提高机翼在跨声速条件下的气动特性。本发明有两点主要技术：其一是机翼的前缘加厚，即前加载技术。通过特定的加载方案，使得机翼前缘的空气绕流更加均匀，同时也从结构外形上为吸气孔增加空间；其二是边界层吸气的流动控制技术。通过抽气的方法削弱激波边界层干扰而产生的流动分离现象，同时减小机翼上壁面超声速区域的面积。数值模拟结果表明，本发明能够有有效控制机翼上壁面的超声速流场发展，可以明显的减小机翼所受到的压差阻力，显著提高机翼的气动性能。

技术领域

本发明涉及一种用于跨声速机翼的前加载-吸气组合流动控制方法，属于空气动力学技术领域。

背景技术

机翼是飞行器提供升力的主要部件，其外形结构决定了机翼的升力、阻力等空气动力学特性。目前，机翼的翼型设计技术已经十分成熟，上万中翼型被应用与各个工程领域。然而，在跨声速条件下，单纯的翼型设计技术并不能完全消除超声速区域以及激波的影响，某些条件下无法满足飞行器的工作需要。此时，通过引入合理高效的流动控制技术，可以有效地改善机翼周围空气的流动情况。在跨声速条件下，通过适当的引入流动控制技术，可以大幅度的削弱机翼上表面超声速区域以及激波边界层干扰所产生的影响，以此显著的提高机翼的空气动力学特性，达到减小阻力，提高升阻比的作用。

流动控制技术于上世纪50年代提出，主张通过向流场中添加附加机械或能量的方式，是流场向更稳定的方向发展。目前，主流的流动控制技术主要分为两大类：主动控制技术以及被动控制技术。其中，主动控制是通过增加或减少流场中空气的质量、动量或能量，从而改善气流流动状态，即与外界来流发生动量、能量交换的控制方法。而被动控制不以能量交换为主，而是通过向流场中加入特性机械或装置，改变流场结构，从而改善流动状态。相比而言，被动控制技术成本低，可实现性强；而主动控制技术由于具有灵活性、适应性强等特点，从而具有更广泛的应用领域。

目前，流动控制技术以广泛的应用于能源、化工、机械、生物、海军工程、航空航天等诸多领域。在飞行器机翼的气动设计方面，吸气控制主要被应用于低速飞行工况下。而在跨声速领域，由于激波的存在，机翼上壁面流场相对复杂，单纯的吸气控制在改善流场结构的同时，往往会起到增大机翼阻力的效果。因此，在跨声速飞行条件下，提出作用于机翼上的新型有效的前加载-吸气组合的流动控制方案，对于飞行器的减阻设计、稳定性都有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决飞行器在跨声速飞行的过程中，由于上翼面产生出现激波而引起的有关气动问题。针对机翼上翼面超声速区域的位置、范围、壁面压强等条件，提出适当的机翼前加载方法，同时配合设置机翼表面的吸气控制方法，改善了机翼上壁面的空气流动状态，减小机翼所受到的阻力，提高飞行器的气动特性。

一种用于跨声速机翼的前加载-吸气组合流动控制方法，包括以下步骤：

步骤一，根据使用需求确定原始翼型，即机翼翼型模型以及机翼几何尺寸；同时确定原始翼型的飞行条件；所述飞行条件包括飞行攻角、飞行速度、环境压强、空气密度和环境温度。

步骤二，利用CFD(计算流体力学)软件进行预计算，计算设置的条件与飞行条件相同。通过数值模拟得出原始翼型在预定飞行条件下的流场结构。

步骤三，根据步骤二得到的流场结构对原始翼型进行前加载处理，以减小机翼前缘附近的激波强度；然后确定吸气孔的位置、几何尺寸、阵列间距和吸气压强，以稳定流场结构，并抑制流动分离的发生。最终得到减小阻力，提高升阻比，推迟失速攻角的效果。

1、对原始翼型进行前加载处理，得到新的翼型。

对原始翼型进行离散化处理，得到在直角坐标系中的机翼模型控制点坐标；根据步骤二中的计算结果，观测激波位置并确定的前加载区域；通过坐标变换的方式改变原始翼型控制点的坐标，实现前加载处理。坐标变换方程为：