基于零质量射流技术的旋翼翼型流场主动控制研究

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1、总第161期2010年第1期直升机技术HELICOPTERTECHNIQUETotalNo．161No．12010文章编号：1673-1220(2010)01-015-06基于零质量射流技术的旋翼翼型流场主动控制研究张威，林永峰，陈平剑(中国直升机设计研究所，江西景德镇333001)摘要旋翼翼型经常工作在大迎角来流条件下，流动分离普遍存在。通过在具有分离流动的翼型表面施加零质量射流控制，可以实现对流动分离的抑制，达到增升减阻、推迟失速的目的。本文通过对某旋翼翼型的流动控制的计算，采用数值模拟方法研究了零质量射流主动流动控制机理，并对影响零质量射流控制效果的射流喷角、动量系数和无量纲频率

2、三个控制参数进行了分析比较，得出了一些有意义的结论。关键词翼型；零质量射流；控制机理；控制参数中图分类号：V211．52文献标识码：ATheInvestigationofActiveControlTechnologyinAirfoilFlowFieldBasedontheSyntheticJetZHANGWei，LINYongfeng，CHENPingjian(ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen333001，China)AbstractTherotorairfoiloftenworkson‘thelarge

3、angleofattack，80theflowseparationisveryU·sual．Byusingthesyntheticjetontheairfoil，theseparationcanbecondonedtogaintheenhancedliftandthedelayedstallangle．Inthispaper，thecontrolmechanismofthesyntheticjetisstudiedbyusingnumericalsimulation．method．Thenthekeycontrolparameterstudyisalsocarriedouttoshow

4、theeffectsofjetangle，momentumcoefficientandjetfrequency．Keywordsairfoil；syntheticjet；controlmechanism；controlparameter1前言旋翼翼型经常工作在大迎角来流条件下，流动分离普遍存在。大尺度的流动分离使翼型的升力大大降低，阻力增加，气动性能恶化。人们为了减缓流动的分离，改善大迎角下旋翼翼型的气动性能付出了不懈的努力，也找到很多有效的方法。主动流动控制技术(AFC)因为其诱人的应用前景正在受到越来越多的关注，设计师们希望通过控制局部的流动，从而达到极大地改善旋翼翼型气动特性目的

5、，而其中零质量射流主动控制技术由于其零质量流、能耗低、响应快、控制灵活等显著特点，被认为是目前最具发展潜力的主动流动控制技术之一。零质量射流由零质量射流致动器产生，其工作原理是：通过压电薄膜的周期性振动，将环境气体由孔口吸入和排出腔体，从而起到扰动流场的作用。在致动器的工作收稿日期：2009-09-30作者简介：张威(1982-)，男，硕士，工程师，主要研究方向：理论与计算流体力学。·16·直升机技术总第161期过程中，对应了涡不断产生、迁移和耗散的过程，其非定常、湍流等特点构成了数值模拟的难度。国内外研究者在零质量射流致动器设计、流场特性和形成机理等方面进行了大量的研究，并初步开展了

6、在流动主动控制方面的应用研究。在翼型流动控制方面，国内外已有研究初步表明零质量射流技术在控制翼型流动分离、增升减阻等方面具有发展潜力。随着CFD的不断发展，用数值模拟的方法来研究零质量射流主动控制的控制机理成为一种准确、快速的途径。影响零质量射流对翼型流场控制效果的参数有很多，关键参数有射流偏角、频率和动量等。本文主要是采用CFD方法针对零质量射流的控制机理和控制参数展开数值模拟研究，为不同工作状况下的零流量射流致动器设计和使用提供参考。2计算网格选择某直升机旋翼翼型，对其进行计算域网格生成。将射流喷口选择在翼型上翼面最大厚度处，即在大迎角状态时的背风面。喷口位置在0．27c处(c为弦

7、长)，喷口宽度H=0．0055c，如图1所示。在四面体网格和笛卡尔网格迅速发展的今天，为了精确模拟翼型的附面层流动细节，本文依然选择使用六面体网格。网格第一层的厚度为1×10。5m(弦长是1m)。计算网格如图2和图3所示。从图3中可以看出，为了更好地模拟零质量射流的非定常湍流流场，在射流喷口处进行了网格的局部加密。图1翼型零质量射流各个参数示意图3边界条件物面采用无滑移边界条件，远场采用速度入口和速度出口边界条件。喷13用加入非定常吹／吸气的方