● 摘要
近些年的研究结果表明上游引入条带是一种有效的延迟边界层转捩的流动控制方法，生成条带有多种方法，典型的如粗糙元方法、离散抽吸方法等。本文提出的利用正弦型前缘生成条带来控制边界层转捩是一种新的尝试。需要指出的是，前缘修型流动控制方法本身并不是新技术，甚至已在风力发电机的叶片上有了实际应用。但以往这种技术都是用于改善大迎角状态下的失速特性，并没有人关注其对边界层转捩或是对摩阻的影响。两者在控制理念和效果上截然不同：前者是尽可能促进边界层转捩成湍流以增强流动抗分离能力；后者则希望延迟转捩达到减小摩阻的目的。
本文就正弦型前缘生成条带特性及其对平板边界层转捩控制作用开展研究。实验在北航多用途低速水洞进行，设计出直线型前缘以及7组正弦形前缘，其中波长为14mm的振幅分别为1.4、2.8、5.6mm的3组前缘平板，以及波长为28mm的振幅分别为2.8、5.6、11.2、22.4mm的4组前缘平板。利用氢气泡时间线法观察边界层流动，在距离前缘1000mm处的引入二维扰动，人工激发边界层转捩，对比了不同参数的正弦型前缘对转捩的控制作用。主要实验结果如下：
实验所设计的7组正弦型前缘均能够产生稳定的条带结构。且前缘波长相等时振幅（适当）越大，产生条带的振幅也越大，条带结构周期性越好、越规整。7组正弦型前缘中获得的条带的最大振幅约为7.06%，对应的前缘参数是波长28mm、振幅11.2mm。
前缘波长为28mm、振幅22.4mm的8号前缘生成条带的波长是前缘的波长的一半，结构特性发生了变化。条带的振幅最大值也没有7号前缘下的大，但是8号前缘生成稳定的条带结构对抑制转捩的也有效果。
正弦型前缘修型能够有效地抑制平板边界层的转捩。前缘修型对于转捩的抑制效果和波状前缘的波长、振幅都有关系，就本文有限的结果而言，对于波长相同、振幅不同的前缘，前缘的振幅（适当）越大，对转捩的抑制效果越好；振幅相同、波长不同的前缘，波长为14mm的前缘对抑制转捩的效果较好。
关键词：边界层，转捩控制，正弦型前缘，条带结构，氢气泡流动显示