翼型及机翼跨声速抖振流动不稳定性机理及控制方法研究

In transonic flow, buffet is a phenomenon of instable flow caused by shock wave/boundary layer interaction and flow separation. Buffet can cause aerodynamic oscillations that affect the aerodynamic performance of the aircraft. Since transonic buffet involves the complicated phenomenon of shock wave/turbulent boundary layer interaction, flow instability, perturbation wave and sound wave propagation and interference, coupling with different configurations of airfoil and sweep wing, this problem is made even more complicated. It has been 60 years since transonic buffet was discovered, however, there are still many uncertain issues regarding the buffet mechanism of airfoil and the research on the buffet mechanism of swept wing is still in its infancy. Therefore, this study will focus on the use of RANS/LES hybrid CFD method and Dynamic Mode Decomposition (DMD) and other advanced analysis methods to: 1) exploring the main factors and common characteristics which triggering and terminating the airfoil buffeting, and shock wave oscillation mechanism during buffeting; 2) exploring the common characteristics and main control factors that dominate the flow instability mechanism of swept wing buffet; 3) developing some high efficiency buffet control methods.

在跨声速流动中，抖振是一种由激波/边界层干扰与流动分离引起的流动不稳定现象。抖振会导致气动力的振荡，从而影响飞行器的气动性能。由于跨声速抖振现象涉及到流体力学中复杂的激波/湍流边界层干扰、流动稳定性、扰动波与声波传播及干扰等问题，如果再加上不同外形翼型及后掠翼的展向流动因素，就使得这一问题变得更加复杂。跨声速抖振自被发现以来已经过去60年了，但即使针对翼型的抖振流动不稳定性机理依然存在很多不确定的问题，而后掠翼的不稳定性机理则更加复杂。因此本研究将利用RANS/LES混合CFD方法及动态模式分解（DMD）等先进分析方法重点开展：1）探索主导翼型抖振起始及结束的关键因素及共性特征，以及抖振状态下的激波振荡机制；2）探究后掠翼抖振现象的共同特征、主控因素及展向流动不稳定性机制；3）新型高效抖振控制方法研究。

在跨声速流动中，抖振是一种由激波/边界层干扰与流动分离引起的流动不稳定现象。抖振会导致气动力的振荡，从而影响飞行器的气动性能。此现象一般在相对较高的升力系数与马赫数时发生。这不仅会影响飞行器的乘坐舒适性，更重要的是抖振会引起结构强度与疲劳的问题，从而影响飞行安全。.本课题开展的主要研究工作如下：.（1）开展了基于OAT15A、NACA6A4010、NACA64A204这三种典型翼型抖振前以及抖振起始两种状态下的流动特性进行分析研究，揭示了控制翼型抖振起始及结束的关键因素及触发机制，以及不同翼型在抖振状态下的流场演化规律；.（2）开展了后掠翼抖振机理及流动现象探索研究。以OAT15A翼型为基本翼型，对其进行不同角度的展向等长拉伸，得到了五种角度的后掠翼。通过对不同后掠角机翼抖振特征开展定常及非定常特性研究，揭示了展向流动、翼梢涡等三维流动效应对后掠翼抖振特征所带来的影响及其流动不稳定性机制；.（3）开展了基于OAT15A翼型及Wing1超临界机翼的抖振被动控制研究，研究表明通过添加后置鼓包、襟翼上偏及后缘打孔等手段可以有效延迟抖振发生并削弱抖振强度。.通过上述研究工作的开展，本课题累计培养研究生3名，并发表了2篇高水平学术论文（分别发表于Chinese Journal of Aeronautics及Aerospace Science and Technology顶级航空航天期刊），并取得了国内外同行的高度认可，实现了基础研究支撑工程应用的研究目标。