合成射流改善S形进气道流场特性的研究

应用合成射流控制S形进气道流动分离，抑制二次流，以改善进气道流场特性。课题研究采用以实验研究为主，数值模拟研究为辅的方法，包括三方面内容：首先将进气道模型简化为二维S形进气道，采用流动显示以及PIV测速方法研究合成射流对二维内流分离的控制效果，深入分析内流分离的控制机理，并且寻求优化的激励器控制参数；在此基础上，利用风洞测压实验研究合成射流对三维S形进气道的流动控制，以提高总压恢复系数、减小畸变指数为优化目标；以上述实验数据为参照标准，发展完善能够精确模拟进气道流动控制问题的数值模拟方法，并且最终利用该方法对合成射流控制实际飞行器进气道问题进行研究，为实际应用提供技术支持。

本项目的主要研究内容是通过数值模拟和PIV流场测量，研究合成射流对鼓包分离流、S型进气道分离流的控制效果。按计划完成了研究任务，项目的主要成果及创新点如下：.1，高效合成射流实验研究. 我们利用流动显示和PIV流场测量技术，研究了静止水流中轴对称、狭缝高效合成射流的形成和发展。实验结果表明，吸/吹比因子越大，流场脉动越强，其掺混能力也越强。同时，随着吸吹比因子的增大，吹程的实际有效雷诺数增加，形成的涡环（对）的强度增大，同时吸气过程中的平均速度减小，对涡环（对）的影响减弱，因此涡环（对）可以向下游发展到更远的位置。因此吸/吹比因子较大时可提高合成射流的流动控制效果.2， 合成射流控制 Bump流动分离. 对于本研究选用的Bump模型，存在一个最佳的激励频率范围，使流动分离被完全抑制。事实上，除了激励器的频率外，激励器的振幅也是一个重要的影响参数。因此，控制参数的优化是今后研究的主要内容之一。通过分析射流出口附近的涡量分布特性得到，不论是吹气还是吸气半周期，分离点均比未加控制时靠后，但是吹气半周期的控制效果更好。最后，探讨了不同最大吹气动量系数的控制效果，发现在一定范围内，动量系数越大，控制效果越好。.3，合成射流控制S形进气道的数值模拟研究. 研究了合成射流激励参数、布置位置等的影响。得到平均吹气速度较小的激励对靠近下壁面流场的控制效果较好，平均吹气速度较大时靠近上壁面的流场总压恢复较高。此外，在第一弯道施加合成射流控制，增大了该弯道流动能量，使流体更有能力附着下壁面向下运动的能力，从一定程度上减小了二次流的强度，反映出第一弯道后两个分量上的涡尺寸均大幅下降。第二弯道控制只可以改善当地分离状况，对整个流场的改善效果并不明显，两个弯道同时施加控制效果最好。