增强立尾效益的主动流动控制

朱自强，王凯，黄波恩

北京航空航天大学 航空科学与工程学院，北京 100083

自有边界层和边界层分离的概念以来，分离流的控制就是学术界与航空界共同关注的研究方向之一。主动流动控制(AFC)的概念、方法和应用的研究更在近年来发展成了一个独立的学科分支。AFC指采用一定的方法通过相应的执行机构(Actuator)向流动注入能量以改变流动结构，达到控制流动分离的目的。不同的控制方法对应不同的执行机构。Cattafesta和Sheplak对AFC已有的方法和执行机构作过评述[1]，并给出了执行机构的分类(见图1)。

图1 主动流动控制方法和执行机构的分类[1]Fig.1 Classification of methods and actuators of active flow control [1]

尽管目前存在多种方法和执行机构，但能从实验室样机成功过渡到航空应用的却很少。如在流体类(Fluidic)中最早提出的控制分离的方法是定态抽吸(Suction)或吹气(Blowing)，虽然很多风洞模型甚至试验样机都证明了其有效性[2-3]，却因运行抽吸/吹气的装置复杂性和附加重量抵消了所得的空气动力好处而至今未能应用于生产型飞机上。本文将讨论近年来作过系统研究且技术较成熟的流体类振荡射流方法、装置及其在提高立尾效率上的应用。

1 AFC的振荡射流方法和装置

最早用于模拟计算机中流体放大器的振荡射流概念虽不算太新，但用于主动控制飞机绕流却是近期才发展起来的[4-7]。

图2(a)给出了振荡射流的概念设计示意图[8];当出口喷流速度为超声速时,振荡射流装置(简称激振器)内来回振动运动的流动显示如图2(b) 所示[9]，展向两个振荡射流装置间分离流的相互作用可参考文献[9];内部流动的数值模拟结果如图2(c)所示[10]。……