大迎角非共面鸭翼涡主动控制技术

Many studies have shown that no-coplanar close-coupled canard at high angle of attack,the beneficial interaction between the canard vortex and wing vortex,can significantly delay the vortex breakdown and the stall incidence angle.This will play an important role in improving the maneuverability of the close-coupled no-coplanar canard wing configuration.But at high angle of attack, the upwash of wing can make the canard vortex easy to break ,and result in significantly lower canard control efficiency.In view of this,our investigation,through experimental and numerical simulation, use the canard as a vortex generator to explore an efficient energy-saving technology of active vortex control by high-frequency pulse jet actuators ,as well as delay and control the no-coplanar canard vortex breakdown. Meanwhile we will achieve in close-coupled canard wing vortex of indirect control through beneficial interference between the canard vortex and wing vortex,and build the quantitative relationship of control parameters, configuration parameters and aerodynamics parameters to reveal the law of the efficient active control of canard vortex.

近距耦合非共面鸭式布局在中大迎角下，鸭翼涡与机翼涡的干扰作用主要受涡系的卷绕和破裂行为控制，实验发现鸭翼涡和机翼涡卷绕后，可以明显改善机翼涡的气动特性，延迟机翼涡的破裂和增大布局失速迎角，这对提高布局的机动性和鸭翼的控制效率具有重要作用。因此在非共面布局的基础上，将鸭翼作为涡流发生器，通过实验和数值模拟研究，揭示现代战斗机的复杂涡系干扰和控制机理，利用高频脉冲射流激励器对鸭翼涡实施展向主动涡控制，用以延迟和控制非共面鸭翼涡的破裂，进而通过鸭翼涡与机翼涡的有利干扰，实现对近耦合非共面鸭式布局机翼涡的间接控制，并且通过建立控制参数、布局参数和气动参数之间的定量关系，提出一种高效主动控制鸭翼和机翼涡的技术措施。

近距耦合非共面鸭式布局在大迎角下，鸭翼涡对主翼流场的有利干扰可以明显改善布局的气动特性，延迟机翼涡的破裂，增大布局失速迎角。在此基础上，开展利用高频脉冲射流激励器对鸭翼涡实施展向吹气主动控制，进而通过鸭翼涡与机翼涡的有利干扰，实现对近耦合非共面鸭式布局机翼涡的间接控制的研究是可行而且必要的。.本项目在鸭式布局上开展了后掠角、鸭翼高度、鸭翼展向连续吹气控制、鸭翼展向脉冲吹气控制的实验研究和数值模拟研究。实验研究结果表明，对于不同后掠角的鸭翼，鸭翼高度对布局气动力的作用规律是相似的，存在最佳的鸭翼高度配比；鸭翼展向连续吹气的作用效果与射流强度成正比，与鸭翼高度成反比；低频吹气下，鸭翼展向脉冲吹气的作用效果和频率、占空比成正比；相比于连续展向吹气控制，在较高的吹气频率或者占空比下，脉冲吹气能够以较小的吹气量达到类似的增升效果。数值模拟研究结果表明，主翼破裂的频率基本不随鸭翼展向脉冲吹气的影响；在低频脉冲吹气的脉冲周期内布局升力可以达到连续吹气与未吹气的升力值，在高频脉冲吹气的脉冲周期内布局升力始终高于未吹气的升力值；在相同吹气量下，布局升力随频率的增加先增大后减小，极大值频率在流场固有频率附近。.为了研究鸭式布局涡系干扰机理，本项目针对简化的同向涡对在压力梯度场和壁面限制条件下进行了实验研究，结果表明同向旋转涡对在壁面附近的融合更迅速，而逆压梯度环境下的融合要复杂的多，是外部环境和旋涡扩散的复合作用。.在静态鸭式布局研究的基础上，本项目开展了动态鸭式布局的实验研究和数值模拟研究。动态鸭式布局的实验研究表明，当俯仰运动的频率增加到某一临界值时气动迟滞环的方向会发生改变。动态鸭式布局的数值模拟表明，不同频率的俯仰运动通过等效洗流效果的强弱影响各个关键现象产生的迎角，从而决定了迟滞环的大小。