超临界机翼激波三维鼓包控制机理及参数优化研究

大型飞机普遍采用中等后掠角、大展弦比超临界机翼。阻力对航程、有效载重、速度、经济性等关键技术指标都有决定性的影响，因此，减阻技术是飞机研制中的极为重要和关键的研究内容。阻力由摩阻、诱导阻力、波阻等构成。目前，还没有一种流动控制技术能同时达到多种减阻目的。国外最新发展的实体鼓包减阻技术，可降低总压损失而不增加摩阻，是一种很有潜力的技术。其机理是诱导一个"λ"激波结构，从而降低激波强度，有明显的减阻效果。本项目拟针对超临界机翼，研究二维和三维实体鼓包技术的减阻机理与规律，发展基于伴随方程的气动优化算法与软件，在巡航马赫数附件，对三维实体鼓包参数进行多点数值优化，并进行风洞试验验证，推动实体鼓包减阻技术向工程应用转化，为我国大型飞机研制提供技术储备。

大型飞机普遍采用中等后掠角、大展弦比超临界机翼。阻力对航程、有效载重、速度、经济性等关键技术指标都有决定性的影响，因此，减阻技术是飞机研制中的极为重要和关键的研究内容。阻力由摩阻、诱导阻力、波阻等构成。目前，还没有一种流动控制技术能同时达到多种减阻目的。国外最新发展的实体鼓包减阻技术，可降低总压损失而不增加摩阻，是一种很有潜力的技术。其机理是诱导一个"λ"激波结构，从而降低激波强度，有明显的减阻效果。本项目拟针对超临界机翼，研究二维和三维实体鼓包技术的减阻机理与规律，发展基于伴随方程的气动优化算法与软件，在巡航马赫数附件，对三维实体鼓包参数进行多点数值优化，并进行风洞试验验证，推动实体鼓包减阻技术向工程应用转化，为我国大型飞机研制提供技术储备。.利用基于优化算法探索了超临界直机翼及后掠机翼上鼓包设计参数空间的整体特性，并对鼓包长度、三维鼓包展向设计参数、来流马赫数和位置对鼓包减阻效果的影响进行了研究，发现鼓包顶点位置和高度对阻力系数最敏感，三维鼓包的展向设计参数则对阻力系数不敏感，而鼓包长度和鼓包相对展长越长越有利于减阻，优化鼓包的高度随马赫数增高而增高，并且优化鼓包的减阻效果对转捩点位置不敏感；.采用风洞试验的手段，针对三维鼓包对超临界直机翼在高速试验条件下，研究了实体鼓包高度、形状、安装位置等多方面因素对其减阻特性的影响。3D鼓包同2D鼓包相比上表面流动具有明显的展向效应，设计合理的3D鼓包可有效降低非设计状态下的局部激波强度，拓展鼓包的适用范围。通过对实体鼓包减阻特性的研究表明，实体鼓包可以减小阻力系数，在某些特定情况下（一般为中高升力系数情况下）可明显提高升阻比，高速状态下应用于直机翼上，能有效改善其气动特性；实体鼓包的最佳应用场合是中高升力系数情况, 小升力系数情况下不宜采用实体鼓包，如采用，则应使用较小的最大高度。为充分发挥实体鼓包的减阻作用，并且不至于因此导致气动特性的下降，最好的办法就是采用自适应实体鼓包，根据需要随时改变其位置和高度。