[发明专利]一种控制翼面附着流动的前缘组合凸起结构及其流动控制方法

权利要求书

1.一种控制翼面附着流动的前缘组合凸起结构，其特征在于，所述前缘组合凸起结构包括基础翼型(3)和前缘组合凸起，所述基础翼型(3)上设置前缘组合凸起，所述前缘组合凸起包括凸起Ⅰ(1)和凸起Ⅱ(2)，所述凸起Ⅰ(1)和凸起Ⅱ(2)相邻设置，所述凸起Ⅰ(1)和凸起Ⅱ(2)前端轮廓线为正弦型，所述凸起Ⅰ(1)和凸起Ⅱ(2)的周期弦长为25％。

2.根据权利要求1所述一种控制翼面附着流动的前缘组合凸起结构，其特征在于，所述凸起Ⅰ(1)起幅值为弦长的15％；所述凸起Ⅱ(2)起幅值为弦长的5％。

3.一种前缘组合凸起结构的翼面附着流动控制方法，其特征在于，所述流动控制方法具体包括以下步骤：

步骤1：输入各种参数及编辑各种条件；

步骤2：根据编辑条件进行几何建模，并确定用于计算的翼型模型；

步骤3：根据步骤2的翼型模型进行网格划分；

步骤4：根据步骤3的网格划分进行流体基本控制方程计算；

步骤5：对流体基本控制方程进行湍流模型的选取及修正；

步骤6：根据步骤4流体基本控制方程进行边界条件选取及离散的数值方法；

步骤7：根据单凸起改变幅值的影响，确定前缘组合凸起结构；

步骤8：根据前缘组合凸起结构控制工况下随机性的流动，确定附着区和分离区；

步骤9：验证前缘组合凸起结构的可行性。

4.根据步骤3所述翼面附着流动控制方法，其特征在于，所述步骤2进行几何建模具体为，应用UG软件对基础翼型轮廓线进行绘制，翼段弦长为200mm，展向宽度为3.25倍弦长最大厚度为弦长21％位于弦长34％处，前缘改型凸起采用波长为0.25倍弦长、幅值为0.1倍弦长的正弦型改型改型翼段凸峰截面采用外扩方式生成，坐标点生成方式由式(1)决定并采用相同方式对翼型轮廓线建模。

式中，(x′_i,y′_i)为改型后凸峰截面坐标点，(x_i,y_i)为基准翼段截面坐标点，x_m为翼段最大厚度点横坐标，A为凸起幅值，其中i＝1，2，…，k，下角标i为构成翼面二维轮廓线的第i个点，下角标m为翼型最大厚度点对应的第m个点；；

为保证翼型前缘来流以及计算域出口处流动充分发展，在流动方向进行适当延伸，最终计算域入口距翼型前缘3000mm，出口距翼面尾缘5000mm，展向宽度为650mm。

5.根据步骤3所述翼面附着流动控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为，设置70层边界层网格、翼段表面网格首层高度为0.01mm、增长比率约为1.1以满足计算模型对y⁺值要求；最后各翼型流域网格网格质量均高于0.6，对网格进行了更新以起到计算更快收敛、优化流场计算结果的目地，主要针对凸起后部网格进行优化。

6.根据步骤3所述翼面附着流动控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为，采用空气作为计算工质，且其入口流动速度为13.1m/s，此时流动简化为恒温不可压缩运动，它满足流体力学中的控制方程；连续性方程：

动量方程：

式中：u_i是速度(m/s)，i＝1,2,3；p是压力(Pa)；x_i是坐标(m)；f_i是质量力(N/kg)；t是时间(s)；v是运动粘度(Pa·s)；

目前学者广泛采用雷诺提出的湍流平均运动思想，通过将瞬时值用平均值与脉动值的和来表示，即：

其中，D'为脉动值，为平均值，D为瞬时值；

此时上述两个方程将变为：

质量守恒：

动量守恒(雷诺方程)：

式中：-为雷诺应力。

然而，引入雷诺应力之后，方程数目不够无法进行求解；因此，需要选择合适的湍流模型方程，将脉动项和时均项联系起来以起到求解方程的目的。