缝道中压力脉动对于襟翼表面流动影响的机理研究

气动性能优良的增升装置对于大型飞机和高速飞机有着非常重要的意义。飞机的增升装置多采用多段翼型形式。襟翼附近包括缝道内的流动对于多段翼型性能的影响有着强烈的非线性特征。本项目组率先发现，对应二维多段翼型高升力的最佳构形，缝道内的脉动速度与脉动压力也对应最小值，比非最佳构形对应的量值小一个数量级以上。本项目拟通过在多段翼型缝道内消除给定频率的扰动，进行多段翼型的襟翼流动控制机理研究。主要研究内容是：缝道流动中脉动速度和脉动压力的频谱；最能影响流动频率成分和幅值大小并以适宜吸声措施进行验证，探寻特定非定常扰动对襟翼表面流动微观结构影响的机理。主要目的是为未来大型飞机的增升和减噪做基础工作。项目结合国家未来大型飞机发展的战略需求又在非定常流动及非线性控制研究方面具有重要的科学意义。

实验中发现某些情况下缝道流动中的脉动压力参数与多段翼型（增升装置）的升力特性有着很强的关联性。本项目采用风洞实验和数值模拟的方法，系统研究了缝道流动的脉动参数对GAW-1两段翼型升力特性的影响。希望能够为我国大型飞机新概念增升装置设计和提高实验验证技术水平提供基础。本项目研究内容包括：仔细测量多段翼型的流场参数；在缝道中布置单点声学扰动源和阵列式声学扰动源进行风洞实验；尝试采用吸声结构和吸声材料消除不利扰动并进行分析归纳；同时尝试采用非定常数值方法研究包括脉动压力边界条件、脉动速度边界条件和湍动能边界条件等的适用性，对问题进行模化研究。研究表明：(1)缝道流动参数特别是脉动压力参数对多段翼型的最大升力系数影响较大。基本规律是脉动压力幅值越大，最大升力系数越小且低频成份是主要因素；(2)在襟翼表面设置很弱的声学扰动源仍然可以影响多段翼型的最大升力系数；(3)不同的声学扰动源分布及声源频率对翼型的升力系数影响量不同，可以增升也可以减少升力；(4)在襟翼表面设置多孔吸声材料后，由于结构的限制，高频扰动量减少，低频成分却增加，导致升力系数下降。去除吸声结构则升力恢复。充分证明了脉动压力对升力系数有着的重要影响；(5)经数值模拟研究，上述现象可模化为在襟翼表面的湍动能注入。计算表明如果能够加入适当频率和幅值的脉动压力/湍动能则能够起到增升的效果。本项目的研究完成了申请书中提出的研究内容，达到了研究的目的。为声学流动控制和感受性问题提供了基础数据，为高效增升装置（多段翼型）设计提供了新的思路。