过失速机动飞行中的非指令运动的主控流动及其控制研究

本项目以研制高机动飞行器的需求为背景，以实验研究为手段，首先发展在实现典型过失速机动运动过程中能模拟非指令运动/流动耦合现象的风洞实验技术和装置。利用该装置进行大攻角机动飞行的风洞实验模拟研究，揭示在机动过程中出现的各类非指令运动现象和相应绕流流型的发展、演化关系，研究其主控的流型以及相应的流动机理。在此基础上，研究和发展抑制或消除该非指令运动的流动控制新技术。.本申请项目的研究不仅将展示出十分丰富的现代流体力学和现代飞行力学耦合中的众多流动和运动新现象，寻求两者的耦合点，从而对空气动力学和飞行动力学的非线性领域的发展具有重要的科学意义。另一方面，本项目的研究还紧扣现代高机动飞行器发展和工程研制的需求，将为飞行器大攻角机动飞行中的非指令运动的抑制实施流动控制提供新概念和新技术，对发展和研制先进高机动飞行器也具有重要的工程应用前景。

飞行器进行大攻角机动飞行时，其绕流将呈现出复杂的分离流和旋涡流动，诱导飞行器产生不可控的非指令运动，严重影响了飞行器的飞行安全。本课题以研制高机动飞行器的需求为背景，以风洞实验为研究手段，开展飞行器典型气动布局大攻角机动飞行的风洞实验模拟研究，揭示飞行器机动过程中的非指令运动现象及其主控流动机理，提出抑制或消除非指令运动的流动控制新技术。取得的主要的成果有：.（1）研制了模拟飞行器大攻角典型高机动飞行运动的Herbst机动动态实验装置，实现了飞行器Herbst机动运动的风洞模拟；发展了Herbst机动/非指令运动/流动耦合一体化风洞实验技术；.（2）针对两类典型飞行器简化布局（常规布局和非常规布局），开展大攻角机动飞行的风洞实验模拟研究。结果表明，两类典型布局模型在Herbst机动过程中都会出现机翼摇滚的非指令运动。其中，常规布局模型的运动形态包括发散、极限环运动和偏离，非常规布局模型的运动形态包括极限环运动、不规则运动和偏离。Herbst机动中的非指令运动来自于攻角拉起过程，而攻角拉起过程中的非指令运动又主要取决于固定攻角下的运动特性，圆锥运动对非指令运动形态没有影响；.（3）常规布局模型的非指令运动的主控流动是模型头尖部微扰动诱发的前体非对称涡流动。模型头尖部微扰动主控前体非对称涡流动，进而主控机翼绕流，是常规布局模型非指令运动的触发机制；运动平衡位置处的头尖部微扰动引起的前体非对称涡流场的切换及迟滞效应是非指令运动的维持机制；.（4）非常规布局模型的非指令运动的主控流动是模型头尖部微扰动诱发的前体非对称涡流动和机身尖侧缘引起的边界非对称流动的共同结果。头部微扰动主控前体非对称涡流动进而主控机翼绕流，是非指令运动的触发机制；机身尖侧缘引起的边界条件的改变是非指令运动的偏离机制；而边界条件主控的机翼非对称绕流旋涡的破裂/恢复及其迟滞效应是非指令运动的维持机制；.（5）基于常规布局模型的头尖部微扰动主控机制，提出了通过旋转头尖部微扰动抑制非指令运动的流动控制新技术，有效抑制了常规布局模型Herbst机动中的非指令运动；.（6）基于非常规布局模型的头尖部微扰动和边界共同主控机制，提出了通过安装前体边条和前体鸭翼来改变边界引起的机翼绕流进而抑制非指令运动的流动控制新技术，有效抑制了非常规布局模型Herbst机动中的非指令运动。.研究成果不仅促进了强耦合旋涡分离流动基础问