题目：前体非对称涡过临界Re数流动特性及其扰动控制

本文针对细长旋成体在大迎角下产生的非对称涡绕流流动现象，主要采用模型表面测压的实验方法，进行了以下三个方面的研究。第一，研究并发展了用于模拟过临界Re数下前体非对称涡流动的人工转捩技术；第二，在人工转捩模拟得到的过临界Re数范围内，对非对称涡头部扰动与流动响应关系、轴向流动演化规律及其随迎角的变化特性进行了分析；第三，讨论了过临界Re数范围内头部单孔位微吹气扰动对非对称涡的主动控制作用。 本文采用在旋成体两侧对称粘贴转捩带/丝的人工转捩方法，在常规风洞中实现了对过临界Re数非对称背涡流动的模拟。同时本文又研究了转捩方式的周向位置、直径和轴向起始位置三个参数对过临界Re数非对称背涡流动模拟效果的影响，结果表明：当转捩丝的周向位置w在48.75到71.25之间时（测压孔位45到75之间），使用人工转捩技术可以模拟过临界Re数区的非对称涡流动；过临界起始Re数RePCr与转捩丝的直径dw近似呈负指数变化关系，并且文中给出了x/D=3.85截面的RePCr数与dw满足的数学方程；转捩带/丝的轴向起始位置s/D≥0.02时，转捩带/丝只具有促进边界层转捩、提高有效Re数的作用，而不具有扰动作用，通过分析截面压力分布，文中给出了s/D与旋成体进入过临界区的轴向范围的对应关系。在过临界Re数范围内，通过在模型尖部添加人工扰动，可以得到确定的非对称涡流动，以此为基础，本文研究了人工扰动位置变化与背涡流场结构响应之间的关系，结果表明随头部扰动滚转一周非对称背涡流场呈现双稳态变化。本文结合模型表面测压和片光显示结果，对过临界Re数区稳态下的非对称涡轴向演化特性进行了分析，结果表明非对称涡沿轴向表现为多涡系结构，侧向力沿轴向的减幅正弦分布形态与非对称涡沿轴向演化发展密切相关，侧向力的极值点是新涡生成现象的反映，并且该位置会随着迎角增大沿轴向向前移动。 模型截面侧向力随吹气孔位的变化曲线随吹气量的增大会从双周期分布逐渐演化为单周期分布，该现象表明使用单孔位微吹气的方法可以实现对过临界区的非对称涡结构及其诱导侧向力的主动控制。通过对吹气孔位的控制容量和控制灵敏度的分析，得出结论要实现对侧向力的有效控制，应将吹气孔置于低位涡（吹气量为零时）的同侧；当吹气孔位于迎风侧的有效控制孔位范围内，即60~90之间时，不仅吹气控制容量高，而且控制灵敏度低于背风侧的有效吹气控制孔位，更利于对过临界区非对称涡流动进行主动控制。此外本文还给出了吹气孔位于70附近时非对称背涡结构随吹气量的演化过程。