新概念机翼尾流特性实验

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1、航空学报ActaAeronauticaetAslronaulIcaSinicaApr．252017V01．38No．4SSN1000-6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．onhkxb@buaaeduCR新概念机翼尾流特性实验朱睿1，刘锦生2，刘志荣1，鲍锋1‘1．厦门大学航空航天学院，厦门3610052．清华大学航天航空学院，北京100084摘要：大型飞机常采用开启襟翼以增大机翼升力系数，实现较大迎角的起飞和降落，而机翼在大迎角状态下，翼尖会产生能量集中且自由消散时间长的

2、飞机尾涡，严重影响后续起降飞机的安全。基于Rayleigh—Ludwieg不稳定性，提出一种新概念飞机襟翼布局，通过水槽实验发现：新概念布局的襟翼对翼尖涡的消散具有明显的促进作用，不同参数组合下襟翼涡对翼尖涡的运动特性和能量变化的影响均有不同。实验结果也为飞机尾流控制的研究提供了参考，在满足飞行力学设计的基础上，合理运用增升装置构建四涡系统可以有效促进飞机尾流的消散，提高机场飞机起降效率。关键词：飞机尾涡；Rayleigh—Ludwieg不稳定性；襟翼；粒子图像测速；水槽中图分类号：V211．76文献标识码

3、：A文章编号：10006893(2017)04—120250—09飞机在起降过程中使用增升部件会产生许多小的涡流，这些涡流在向下游运动一定距离后，与翼尖涡融合形成飞机尾涡，其能量集中，自然消散所需时间较长，会对后续起降的飞机造成一定的危害[1]，因此国际上制定了机场安全起降间距，但这也降低了机场航班的起降频率[2。4]，造成了枢纽机场的拥挤。飞机尾流对后续跟飞飞机的影响可参考文献[2]。自20世纪80年代起，学者对飞机尾涡做了较为深入的研究。近些年国内外学者的研究主要针对飞机尾涡的控制和促进尾涡的消散，控制

4、的研究主要集中在利用涡系相交不稳定性来促进尾涡的快速消散。1尾涡相交不稳定性介绍相交不稳定性[-]也称Rayleigh—Ludwig不稳定性(R—L不稳定性)[1,6-8]，是指在一个能量较大的漩涡(大涡)的适当位置引入一个能量较小的同向或反向旋转的漩涡(小涡)，小涡会被大涡挟带变形，环绕大涡产生“剥离”效应，进而引起大涡的轴向不稳定性，大涡提前发生破裂[9]。涡系R—L不稳定性与大涡和小涡的初始环量(n>o，“<0)、初始位置关系(6。／b。)有着密切关系，如图1所示[10

5、。④一再豇⑨④‘零豇⑧图1四涡

6、系统分类‘”]Fig．1Classificationoffour—vortexsystem[10]收稿日期：2016．03．23；退修日期：2016—07—25；录用日期：2016-08—21；网络出版时间：2016—08—2316：15网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929V．201608231615．002html基金项目：国家自然科学基金(11072206)；福建省科学基金(2012J01023)*通讯作者E—mail：fbao@xmu．eduon戮用搭武}朱睿，期

7、锦生．胡志荣．等。新概念机翼尾流特性实验￡JI．航空学报，2017，38(4)：120250ZHUR，LIUJS，uuzR，etal．Experimentonanewconceptwinglayoutwithalleviatedwakevortex[JJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017·38(4)：120250120250．1仃∞篁暑墨o』占u∞Ll；粤2_J3c=。u，航空学报合理选择四涡系统参数能大大提高Crow不稳定性的增长因子，有利于促进尾流的消散过

8、程。图2显示了合理的参数下四涡系统的演化过程E11]。图2四涡系统的发展过程E“3Fig．2Developmentoffourvortexsystem0111基于涡系之间存在的R—I。不稳定性，国内外学者和一些机构做了许多研究。美国加利福尼亚大学的Bristol等[121和SavasE”3通过在机翼模型尾缘添加扰流片分别构建同向和反向的四涡系统，细致观察了涡系之间的作用机理，并使用专门的测量仪器对尾涡环量数据进行了测量和采集，波音商用飞机公司的Crouch[141通过数值模拟的方式对飞机尾涡从近场区到远场区

9、发展做了精细化的研究分析；法国ONERA／DAFE的Jacquin等E153通过风洞试验对飞机翼尖涡和襟翼涡之间的关系做了测量；德国亚琛工业大学的Kauertz和Neuwerth[16]则通过在基本翼上添加翼尖构建四涡系统，在水槽中对四涡系统做了定性和定量的分析；国内笔者团队[1’17。1明也通过不同模型构建出四涡系统，细致研究了飞机尾涡系在近场区的相互作用，针对控制飞机尾流和促进尾涡消散提出了可行性建议。2实验