超机动新概念气动布局流动控制机理研究

现代新型战机通常被要求具有良好的超机动性能，因此需要对超机动飞行所形成的复杂流动进行控制。在前期研究的基础上，本项目申请中提出一种新概念气动布局；采用有可操纵侧翼的飞机前体来控制大迎角飞行时飞机前体脱体涡的稳定性，采用有可操纵分离涡控制板的机翼来抑制过失速大迎角飞行时的非定常尾流。本项目将通过理论分析、数值模拟和风洞实验相结合的方法，对这种气动布局流动控制的机理进行深入的研究。所采用的理论方法基于申请人及其团队发展的一种新的涡旋稳定性微分形式判据，能够对侧翼伸缩过程中飞机前体脱体涡的稳定性进行分析。采用申请人开发的多层多块嵌套网格流场快速并行计算技术，对过失速飞行形成的复杂尾流进行直接数值模拟，研究非定常尾流的发展规律。通过风洞实验进行气动力测试以及流场动态显示，对本项目提出的气动布局流动控制效果进行评估。本项目的研究将能为我国研制新一代超机动战机提供可靠的理论根据和新型气动布局方案。

现代新型战机通常被要求具有良好的超机动性能，大迎角超机动飞行时，在机身前体会产生不可预测的非对称脱体涡造成飞机失控，同时在飞机主翼上产生涡破碎造成飞机失速，因此需要对超机动飞行所形成的这些复杂流动进行控制。本项目在前期研究的基础上，提出一种新概念气动布局；采用有可伸缩前体侧翼的飞机前体来控制脱体涡的稳定性，从而抑制不可预测非对称涡的产生，采用有可操纵前缘分离涡控制舵面的机翼来抑制过失速飞行由于涡破碎形成的非定常尾流。项目通过理论分析、数值模拟和风洞实验相结合的研究方法，对这种气动布局的流动控制机理进行了深入的研究。. 为了进行气动布局的优化设计，项目首先提出了基于本征正交分解（POD）代理模型的两步气动优化设计方法，并通过翼型气动优化设计对这种优化设计方法进行验证。采用项目负责人及其团队发展的一种新的涡旋稳定性微分形式判据，研究了飞机前体侧翼对前体脱体涡稳定性的控制效果，分析结果表明在很大的迎角范围内，这种可伸缩侧翼都能够使飞机前体脱体涡稳定从而抑制非对称性的产生。. 为了研究大迎角过失速尾流的流动机理，项目首先对二维钝体尾流流动进行直接数值模拟，研究尾部坑穴对尾流控制的流动机理，发现一定深度与个数分布的尾部坑穴能够减小钝体阻力并抑制尾流的震荡。发展了改进的DDES湍流模型，采用项目负责人开发的多层多块嵌套网格流场大规模并行计算方法与程序，对三角翼及其控制舵面过失速飞行时形成的复杂非定常涡流进行带约束的大涡模拟数值计算，探索了前缘分离涡控制舵面对大迎角脱体涡破碎控制的机理。. 通过大量的风洞实验，进行气动力测试以及流场动态显示，对不同形状的前缘分离涡控制舵面的流动控制效果进行了评估，分析了前缘分离涡控制舵面不同几何参数以及偏转角度对三角翼升力的影响，找到了能够提高三角翼升力并抑制涡破碎的前缘分离涡控制方案。总之，本项目的研究成果，能够为我国研制新一代超机动战机提供理论根据和新型气动布局流动控制方案。