开缝空腔抑制翼型跨声速抖振的数值模拟

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1、航空学报AclaAerOnauticaetAstronauticaSinicaFeb．252016VoJ．37No．2451．460ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／yhkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn开缝空腔抑制翼型跨声速抖振的数值模拟周伟1，张正科1’*，屈科2，翟琪11．西北工业大学航空学院，西安7100722．纽约城市大学城市学院土木工程系，纽约NYl0031摘要：采用非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方法计算了18％双圆弧翼型的跨声速抖振特性，分析了翼面激波振荡及流场结构演化的

2、特点，研究了在翼型表面开通气空腔抑制跨声速抖振的可行性，对空腔深度、开缝数目对激波振荡的抑制效果进行了对比分析。计算发现，18％双圆弧翼型的跨声速激波自激振荡只有向前的运动，没有向后的运动，开缝空腔能够抑制翼型跨声速抖振，但对抖振频率影响不大；空腔深度大，抑制效果好，但空腔深度变化对振荡频率影响不大；开2、3、4个槽缝抑制抖振的效果差别不大，开缝数量对抖振频率影响不大。关键词：跨声速；抖振；激波振荡；空腔；抑制中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：looO一6893(2016)02一0451—10翼型跨声速抖振是升力面上激波与部分分离或完全分离的边界层相

3、互作用产生的一种跨声速不稳定流动现象，主要由激波／边界层相互干扰引起，因此跨声速抖振又称激波抖振或激波诱导振荡。跨声速抖振出现在很多航空领域，如内流中的叶轮机械叶片绕流、外流中的飞行器绕流等。跨声速抖振受控于一个主要频率，典型的跨声速抖振减缩频率与运输机和战斗机典型的低频弹性模态是一个量级。激波运动及其相关的流场振荡影响气动力和力矩的变化，气动力和力矩反过来与弹性结构相互作用可能影响飞行器的结构完整性和操纵品质。因此，跨声速抖振在跨声速飞行器设计中成为一个需要着重考虑的因素。为理解抖振的特性和物理机理，人们已经开展了很多相关研究工作。Tijdeman[1]通过

4、对带振荡襟翼的NACA64A006翼型的实验研究，总结了激波振荡3种可能的形式。McDevitt等[2。3]对厚度为18％的双圆弧翼型在零迎角跨声速条件下进行了实验研究，发现了激波振荡现象，并研究了迎角、前后缘分离的影响，测量了激波振荡频率。Lee[4]对激波抖振的研究进行了综述和回顾，其中还包括一些激波抖振机理的物理模型。Gillan[5]基于Baldwin—Lomax代数湍流模型数值预测了18％相对厚度的双圆弧翼型上的激波诱导振荡。Bartels[61求解了薄层Navier—Stokes方程并引入肛叫湍流模型，进行了激波抖振起始的计算。Raghunatha

5、n等‘71利用薄层Navier—Stokes方程研究了后缘在激波振荡机理中的重要作用。Deck[81采用分区DES(DetachedEddySimulation)方法研究了超临界翼型的跨声速抖振现象，并分析了激波运动和激波诱导分离的演化过程。收稿日期：2015—03—01；退修日期：2015—03·30；录用日期：2015—05-04；网络出版时间：2015-05-1313：36网络出版地址：wwwcn¨net／KCMS／detail／111929．V．20150513．1337．003htmI基金项目：解放军总装备部预研基金(9140C420301110C4

6、2)*通讯作者Tel：029-88491224—15E·mail：zkzhang@nwpuedu．cn引用格武l蜀伟．张正科．屈科．等开缝空腔抑韵翼型跨声速抖振的数值模拟￡Jj．航空学报．2016．37(2)：4511460．ZHouW．ZHANGZK．QUK．eta

7、．№merjcalslmulatlonoftransonicai哟ilbu№tsup口fessionwithsIotbeacavity￡∞．AdaAeronaulicaetAstfonaufIcas{nIca．20

8、6．37(2)：451—460．航空学报Feb．252016VoI．37No．2

9、采取减小激波振荡的振幅或推迟振荡至更大马赫数或更大迎角的措施能扩大机翼的抖振边界。实验和数值计算研究表明，跨声速翼型上周期性激波运动与尾迹区域是相互耦合的。可通过改善激波／边界层干扰区域内的流场或靠近后缘尾迹区内的流场来控制激波的振荡。控制激波边界层相互作用最常用的方法是吹气或吸气。控制后缘尾迹区流动的方法主要有：增加后缘厚度、在后缘处安装偏转器等。Thiede等[91在vFWVA一2超临界翼型上研究了3种吸气结构，即单缝、双缝和多孑L板模型，发现在无机械吸气装置下双缝和多孔板模型可以延迟激波诱导分离的发展，但要付出性能降低的代价。Gibb[103提出在激波下

10、游某处安装金属丝线以固定激波诱导分离位