低雷诺数俯仰振荡翼型等离子体流动控制1)

黄广靖 戴玉婷 杨超

(北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京 100191)

引言

近年来随着微小型无人机(micro air vehicles,MAV)在军事和民用方面的广泛应用[1-2],比如侦查、监测、通信等,低雷诺数(Re=103～105) 下的空气动力学问题成为研究的热点之一.微小型无人机由于特征尺寸小、飞行速度低,使得该飞行器的流动特性与常规飞行器大有不同.MAV 中小攻角的绕翼流动主要为层流,以至于其很难抵抗逆压梯度而产生流动分离,形成层流分离泡.随着雷诺数的减小,层流分离泡不断增大并逐步向前缘移动,导致升力系数下降、阻力系数骤增,气动性能急剧下降[3-4].这些独特的气动特性严重阻碍了微小型飞行器的发展.为了使其获得更好的气动特性和更高的机动性,在微小型飞行器设计中,采用合适的主动流动控制方法来改善翼型低雷诺数下的流场结构,提高气动性能变得急需而迫切[5].

微小型飞行器的绕翼流动存在复杂的非定常流动现象,并且这些现象受沉浮、俯仰或拍打等机翼运动的影响.近年来,很多学者对低雷诺数绕振荡机翼的气动特性进行了研究.Cleaver 等[6]通过气动力测量和粒子图像测速技术研究了雷诺数10 000 下具有15◦攻角的沉浮振荡NACA0012 翼型的气动力特性,沉浮振荡幅值范围为2.5%～20%的弦长.研究表明,翼型的沉浮振荡可以有效地增升减阻.Tuncer 和Platzer[7]通过数值模拟研究了NACA0012 翼型在不同拍打幅值和频率作用下的尾迹涡结构的形成、分离特性、平均气动力和推进效率.研究表……