后掠机翼层流附面层对前缘输入扰动的感受性研究

层流控制是重要的减阻措施，但是对于大后掠的机翼，附面层的横流效应很强，横流主导下的稳定性机理非常复杂。在高空来流湍流度很低的环境中，三维附面层的转捩受控于固定横流波（横流驻波）的发展及其产生的非线形效应，而横流驻波对附面层起始阶段的输入扰动有很强的感受性。本项目拟通过风洞实验和稳定性分析相结合的方法，针对后掠翼三维附面层对前缘扰动的感受性问题开展研究，确定与发展当前三维附面层流动机理研究的相关测量、流动显示及稳定性分析技术，探索利用附面层对人工输入扰动的感受性进行层流控制的基本原理，重点解决输入扰动与感受到扰动的关联性问题，为发展新的层流控制技术积累应用基础。

层流控制是重要的减阻措施，但是对于大后掠的机翼，附面层的横流效应很强，横流主导下的稳定性机理非常复杂。在高空来流湍流度很低的环境中，三维附面层的转捩受控于固定横流波（横流驻波）的发展及其产生的非线性效应，而横流驻波对附面层起始阶段的输入扰动有很强的感受性。本项目通过风洞实验和稳定性分析相结合的方法，针对后掠翼三维附面层对前缘扰动的感受性问题开展了研究，发展了当前三维附面层流动机理研究的相关流动显示及稳定性分析技术，探索研究了利用附面层对人工输入扰动的感受性进行层流控制的基本原理和实施方法，分析了输入扰动与感受到扰动的关联性问题，为发展新的层流控制技术积累应用基础。.项目完成的研究内容主要包括两部分：.（1）利用稳定性分析方法，研究了在后掠机翼上不同条件下的附面层CF和TS稳定性规律。数值分析表明，当机翼上表面顺压梯度一般时，由于CF不稳定相对发展缓慢，T-S不稳定最不稳定频率往往决定转捩的发生，CF不稳定只起到较小作用。另外，在雷诺数较大时，T-S和CF不稳定均得到较大增强，T-S不稳定发展提前，CF不稳定增长也较为显著，尽管最终决定转捩的仍然是T-S不稳定性，但CF不稳定在转捩因素中所占比重得到了提高。虽然利用线性稳定性分析方法无法研究CF最不稳定波长和T-S最不稳定频率是否相关，但是稳定性分析研究为后续的实验设计提供了重要的指导。同时，本研究中提出的利用稳定性分析方法确定CF转捩最优控制波长（粗糙单元阵列）的方法，为后续感受性实验提供了有力指导。.（2）利用风洞实验，首先研究了表面粗糙单元阵列的输入与边界层流动感受扰动的关系；其次验证了最佳控制波长的准确性，在实验风速40m/s条件下成功地将转捩位置从50%弦长推迟到65%弦长；再次利用实验研究了扰动（粗糙单元阵列）引入位置对转捩的影响，验证了数值分析得出的，当扰动引入位置变化时对转捩的位置影响很小的结论；最后利用实验研究了粗糙单元高度的变化对转捩的影响。