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后掠RAE2822机翼边界层横流稳定性研究

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第一章 绪 论

1.1 稳定性理论与研究方法

1.2 横流稳定性研究现状

1.3 翼型的发展与层流翼的设计

1.4 本文主要工作

第二章 数值方法与验证

2.1 气动参数计算

2.2 边界层方程

2.3 直接数值模拟

2.4 线性稳定性分析

2.5 抛物化稳定性方程

2.6 Falkner-Skan-Cook流动

2.7 计算模型与坐标

2.8 本章小结

第三章 恒定升力下RAE2822机翼稳定性分析

3.1 气动参数

3.2 基本流

3.3 线性稳定性分析

3.4 转捩预测以及转捩对阻力系数的影响

3.5 本章小结

第四章 曲率、非平行性、非线性对横流不稳定性的影响

4.1 曲率的影响

4.2 非平行性的影响

4.3 非线性的影响

4.4 本章小结

第五章 FSC流动中横流涡对TS波的影响

5.1 定常横流涡对TS波的影响

5.1 横流行进波对TS波的影响

5.2 本章小结

第六章 结论

参考文献

附录

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

横流不稳定性是导致后掠机翼边界层层流/湍流转捩的主要形式,后掠翼的优化设计和气动减阻离不开对横流失稳的认识和理解。横流失稳受到马赫数、攻角、后掠角和雷诺数等多种因素的共同影响。实际机翼设计中,其升力系数由载荷确定。本文在给定恒定升力系数的条件下,研究了攻角和后掠角对于后掠翼的横流稳定性影响。
  研究对象为超临界RAE2822翼型,计算参数选取为适航状态下的来流参数;通过求解 Navier-Stokes方程获得其气动参数,调整后掠角和攻角获得恒定升力系数下两者之间的关系;然后通过求解边界层方程获得边界层内的基本流;利用线性稳定性理论研究了横流的稳定性特性,基于eN转捩预测方法预测了N值;采用抛物化稳定性方程研究了基本流非平行性对横流稳定性增长率和 N值的影响;利用直接数值模拟计算了横流涡的结构与演化;最后将线性稳定性分析和湍流模型模拟结合起来,研究了阻力系数在恒定升力系数条件下的的变化规律。为工程上后掠角的选取提供了参考。利用抛物化稳定性方程研究了幅值较大的定常横流涡和横流行进波对TS波的影响。
  研究表明:基于升力线理论和简单后掠理论的公式与数值结果有一定偏差。将升力斜率用后掠角的线性函数近似后能够显著提高公式的精确性。在升力系数恒定时,对于所计算工况,横流大小随着后掠角的增加而增大。横流定常涡的N值也随之增大。随着后掠角的增大,迎风面比背风面先发生转捩。上下表面转捩导致阻力系数发生两次快速增加。设计中应当尽量选取较小的后掠角避免上下表面同时转捩。
  璧面曲率对横流具有稳定作用,前缘附近可使增长率减弱为原来的一半。非平行性对横流失稳具有增强作用,在前缘附近可使增长率增大三分之一左右。
  横流涡引发的基本流修正能够显著的改变基本流的稳定性特性。从而加大TS波的增长率和增长区间,在层流翼设计中,有必要同时考虑横流失稳和 TS波失稳。

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