● 摘要
提高三角翼的气动性能一直是流体力学工作者非常感兴趣的问题，本文提出了一种基于仿生学的波状前缘。之前的研究显示，这种波状正弦前缘能在不减少三角翼最大升力系数的情况下提高其失速迎角；或者使三角翼具有缓失速的特性时稍微降低最大升力系数，这两方面均可以较大幅度提高三角翼的气动性能。 波状前缘三角翼虽然有着良好的气动性能，但是其机理还不很清楚。本文利用风洞油流显示、水槽氢气泡流动显示、染色液流动显示以及体视PIV等多种技术，对波状前缘三角翼的背风面的绕流结构进行了深入探索。 风洞油流显示表明：波状正弦前缘三角翼背风面的拓扑结构与正常三角翼有着较大不同，在正常三角翼的失速迎角之后，4M模型的顶点依然存在一对未完全破裂的前缘涡。这对前缘涡为边界层注入了额外的动能，使得流动附着的区域扩大，从而提高了其在大迎角下的升力系数。 水槽氢气泡和染色液流动显示表明，与正常三角翼的一对双前缘涡不同，在波状正弦前缘三角翼背风面存在着多对前缘涡，而且这些前缘涡之间存在着相互合并与相互干扰的现象。在正常三角翼前缘涡完全破裂的大迎角下，多组波状前缘三角翼的前缘涡仍没有完全破裂，使得其此时的升力系数要大于正常三角翼的升力系数。 实验中通过体视PIV技术获得了正常三角翼和4M模型背风面在迎角为10°时，沿流向十一个不同截面上的速度场与涡量场，较完整的还原出了两个模型的前缘涡结构，对波状正弦前缘三角翼的多前缘涡结构有了较为直观的认识。