题目：附面层涡涡相互作用减阻机理研究

随着能源的日趋紧张，减阻研究有了迅速的发展，就飞行器而言，边界层阻力占总阻力的很大一部分。目前已经发展出很多边界层减阻的方法，就成熟的附面层吹吸气减阻方法而言，它是通过加速附面层气体流动，有效的控制、延迟分离的产生和发展。但是从涡和涡之间的相互作用分析得出，这种常规吹气产生的涡之间存在相互排斥的作用，并不能通过涡和涡之间的相互作用来抑制分离，因此本课题提出一种新型减阻方式，即反环量控制减阻方法，通过吹出与分离涡旋转方向相反的涡来抑制流动的分离。本文首先在第一章绪论部分概述了边界层减阻控制方法，并总结了目前减阻研究中存在的问题。其次，第二章介绍了反环量控制减阻方法的基本原理以及模拟计算的控制方程组。在第三章介绍了基于附面层分离流动所进行的湍流模型的旋转修正，以及对于修正后湍流模型的效果验证。并介绍了网格生成，离散方法以及边界层条件处理等。第四章到第六章为本文的主要研究内容，分别开展了反环量控制翼型的二维和三维流动模拟工作。在第四章，介绍了反环量控制FFA-W3-241翼型和Model A翼型的流动模拟，并与常规吹气进行比较，验证了反环量控制翼型减阻的优秀能力。通过数值模拟研究表明，反环量控制方法可以有效提高翼型的升阻比，并且当吹气位置正好在流动分离开始的位置时升阻比提高的最明显。在发生流动分离后，随着吹气系数的增加，升力系数提高的更明显。并且该方法较常规吹气更能节省动力，在相同吹气系数下，反环量吹气比常规吹气效果更好。在第五章，对常用于研究吹吸气的Eppler 387翼型进行数值模拟，进一步验证了反环量控制的减阻能力。通过数值模拟发现，随着分离的不断增强，上翼面的负压峰值也明显增大。当分离点逐渐接近吹气孔位置时，减阻效果达到最佳。在第六章中，针对课题组设计的碟形飞行器所采用的反环量控制装置进行三维的数值模拟计算。在对碟形飞行器的试飞结果表明，在发动机、螺旋桨、重心位置等均相同的前提下，安装附面层反环量吹除装置后，碟形飞行器最大载重量增加了7.1%，最大平飞速度提高12%，无风起飞滑跑距离缩短为48.4m。从试飞试验数据可以看出，附面层反环量吹气系统有着优秀的表现，本章就反环量控制的真实装置进行同一攻角不同吹气系数下的数值模拟发现，附面层反环量控制下升力系数比常规吹气效果更好。并且在小吹气量下尤为明显。最后在本文的总结与展望中，针对模拟中的一些偏差，提出了可能的原因和改进的方向。