非定常激波/附面层干扰下的涡脱落研究

非定常激波/附面层干扰导致的涡脱落现象是民用飞机跨音速抖振的主要原因，关系着飞机的安全性。该问题是计算流体力学领域的研究热点和难点。本申请针对非定常激波/附面层干扰现象，发展和应用先进的计算流体力学方法，精细模拟激波/附面层干扰的关键流动结构，分析其流动机理，着重研究翼型与后掠机翼激波/附面层干扰引起抖振的流动机理的区别和联系。结合流动结构的分析，研究关键几何参数对机翼激波/附面层干扰的影响，为改善民机抖振特性提供设计依据。

本课题主要瞄准非定常激波/边界层干扰的旋涡脱落和与其密切相关的机翼抖振问题，以及抖振的流动控制方法。从数值模拟方法、流动现象分析、关键几何影响参数、机翼抖振控制等方面，针对翼型和机翼的激波/边界层干扰问题开展了详细的研究。.在数值模拟方法方面，为了适应于非定常湍流的精细模拟，应用和发展了高精度、低耗散的数值格式MDCD-SLAU格式，并进一步发展了一系列基于SST模式的非定常脱体涡模拟方法。非定常数值计算方法在扩压管非定常流动控制、喷管内部涡脱落模拟，以及带翼细长体旋涡干扰的模拟上取得了良好的计算效果。.数值模拟了激波/边界层干扰的流动现象，分针对OAT15A翼型、DPW-WING机翼、CRM翼身组合体算例进行了非定常激波/边界层干扰的模拟，计算结果与实验数据符合良好。通过这三个算例的分析，初步探明了翼型与机翼激波/边界层干扰导致涡脱落的现象和联系。通过快速傅里叶变换，获取了激波/边界层干扰导致激波振荡的主频，其中OAT15A翼型和DPW-WING机翼的振荡主频较为接近，而CRM翼身组合体未获得明显的振荡主频。.针对超临界翼型，分析了关键几何参数对抖振和阻力发散的影响，着重分析翼型表面曲率对激波发展的影响趋势，从而获得了曲率对超临界翼型抖振和阻力发散特性的影响规律。应用和发展了超临界翼型二维压力分布与三维压力分布之间的转换关系和气动力系数转换关系，并根据转换方法发展了一种基于二维翼型优化的三维机翼气动设计方法。.开展了三种抖振特性流动控制方法的研究。首先开展了激波控制鼓包的研究，分析了鼓包长度、高度的影响，并探明了鼓包控制的鲁棒性特性，分析了鼓包控制效果与激波形态的联系。然后开展了涡流发生器对激波/边界层干扰的控制效果，认为涡流发生器对于后掠机翼横向流动的控制效果较好，可抑制后掠机翼激波后的流动分离，提高抖振裕度。最后发展了一种新型的后缘斜坡控制方法，可在保持或增加翼型厚度的同时，延长力矩线性段的长度，从而提高抖振特性。