基于涡系相交不稳定性的飞机尾流控制方法

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1、2015年8月第41卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsAugust2015V01．41No．8http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0806基于涡系相交不稳定性的飞机尾流控制方法鲍锋“，刘锦生1，朱睿1，江建华1，王俊伟2(1．厦门大学物理与机电工程学院，厦门361005；2．江西洪都航空工业股份有限

2、公司，南昌330024)摘要：在飞机飞行的过程中尾涡会伴随着升力产生，威胁后机的飞行安全．在简化机翼模型上添加扰流片，通过一个矩形翼以引入一个与主翼尾涡大小不同、方向相反的小涡，构建尾流自消散四涡系统，以期诱发尾涡的Rayleigh—Ludwig相交不稳定性．通过改变扰流片的大小形状，调整模型的攻角和拖曳速度，采用粒子图像速度场仪测量系统定量研究在低雷诺数下单主翼尾涡发展特性以及双涡相互作用特性．研究表明：在未添加扰流片时，尾涡环量在45个翼展内相对于初始环量基本保持不变；在添加扰流片的情况下尾涡的环量衰减

3、可以达到35％一55％，而未添加的基本翼型的尾涡的环量则几乎保持不变，这说明添加适当的扰流片能诱发尾涡的Rayleigh．Ludwig相交不稳定性，加速尾涡的消散，当小涡和主涡的初始环量比为一0．489、初始距离比为0．5时，45个翼展范围内，尾涡环量衰减55．9％．本文系统性的实验结果可以为低尾流机翼的设计提供参考依据．关键词：飞机尾流；Rayleigh-Ludwig不稳定性；粒子图像测速(PIV)；扰流片；低雷诺数中图分类号：V211．76文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)08—13

4、81-07飞机因其升力面的上下压力差形成翼尖涡并发展成为尾流，其特征为大尺度、高能量漩涡，强度与飞机起飞重量成正比．由于尾流能量集中，自然消散所需时间较长(平静大气条件下约为2～3min以上)，当飞机误人前面飞机的尾流区时，轻者会出现机身抖动、下沉或上仰、瞬间飞行姿态改变，重则导致发动机停车，甚至机身翻转等现象，如果处置不当就会发生飞行事故⋯．根据英国伦敦希斯罗机场的航空飞行统计数据，在8万次飞行中将产生300次飞机受到前机尾流影响的事件¨1．而美国全国交通安全委员会在1983--2000年间记录的因尾流引

5、起的飞行事故多达130多起，占该期间美国空难总数的1／3，尾流对于飞机的危害已经不容忽视，影响着航空运输的安全¨⋯．为了消除飞机尾流造成的航空安全隐患，现大多民用机场采用由国际民航组织(InternationalCivilAviationOrganization，ICAO)制定的尾流间隔标准¨]，此标准的启用，在早期的作用是非常明显的，很大程度上防止了由尾流引发的事故安全，然而随着民航的迅速发展，机场的飞机数量开始不断增加，对航空运力的要求，已经使得间隔标准成为了阻碍机场容量提升的一个主要因素p。．为了既能

6、提高飞机飞行的安全性，又同时改善机场的经济效益，如何对飞机尾流进行控制并加快其消亡成为近年来民用航空领域具有挑战性的研究课题‘6m1．NASA从20世纪六七十年代起主要研究了不同天气环境下尾流形成和消散的详细机理并且运用雷达对飞机尾流进行了大量的实测¨。，力图由此推断和预测飞机尾流的位置和强度，合理规收稿日期：2014-12．22；录用日期：2015-04-10；网络出版时间：2015-04一1609：11网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150416．

7、0911．001．html基金项目：国家自然科学基金(11072206)+通讯作者：鲍锋(1961一)，男，辽宁营口人，教授，tbao@xma．edu．cn，主要研究方向为实验流体力学、尾流控制．引用格式：鲍锋，刘锦生，朵睿，等．基于涡系相交不稳定性的飞机尾流控制方法fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(8)：1381-1387．BaoF．LiuJS，ZhuR，eta1．ControlmethodforaircraftwakeVOltexbasedonRayleigh·Ludwiginstabili

8、ty[JJ．JoumalofBeljingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，4Jf8)：1381一1387(inChinese)．1382北京航空航天大学学报2015正避飞机尾流，提高机场运行效率。7引．欧洲对飞机尾流控制的研究主要针对飞机的气动外形进行相应的改进，包括改进襟翼、添加一些辅助的设备等来改变尾涡的特性，使其在较短的时间内消散．欧洲的两个主要机构D