實驗流體力學(xué)

1、n組員： 劉宇 SX1501257 n 趙偉偉 SX1501268 n 陳天予 SX1501177目錄 CONTENTS簡介與研究現(xiàn)狀實驗一實驗二研究背景與現(xiàn)狀流動控制技術(shù)是通過對運動的流體施加力、質(zhì)量、熱量、電磁等物理量來改變流動狀態(tài)，從而也改變運動物體的受力狀態(tài)或運動狀態(tài)。流體激勵器作為一種重要的流動控制的工具，在許多場合中都得到廣泛的應(yīng)用。壓電熱學(xué)電磁渦發(fā)生器聲學(xué)被動主動形狀記憶金屬防止氣流分離提高飛機性能被動流動控制方法只需消耗電能易于實現(xiàn)電參數(shù)控制相位控制的潛力響應(yīng)迅速合成射流激勵器旋渦發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單陣列式靈活布置旋渦發(fā)生器最典型的應(yīng)用是用于防止機翼上表面的邊界層分離渦流發(fā)生器實際上

2、是以某一安裝角垂直地安裝在機體表面上的小展弦比小機翼，所以它在迎面氣流中和常規(guī)機翼一樣能產(chǎn)生翼尖渦，但是由于其展弦比小，因此翼尖渦的強度相對較強。這種高能量的翼尖渦與其下游的低能量邊界層流動混合后，就把能量傳遞給了邊界層，使處于逆壓梯度中的邊界層流場獲得附加能量后能夠繼續(xù)貼附在機體表面而不致分離。其他應(yīng)用實例上世紀(jì) 60 年代，Schubauer、Lachmann 及 Pearcey，等人對普通旋渦發(fā)生器(高度大于/接近當(dāng)?shù)馗矫鎸雍穸?控制平板湍流附面層的流動機理進(jìn)行了研究上世紀(jì)90年代Klausmeyer等人對旋渦發(fā)生器的形狀、幾何參數(shù)及位置進(jìn)行了較系統(tǒng)研究，并針對早期旋渦發(fā)生器高度尺寸與當(dāng)

3、地附面層厚度相當(dāng)，在非設(shè)計狀態(tài)，即附面層不出現(xiàn)分離的情況下，旋渦發(fā)生器將帶來附加的型阻和渦阻，飛機需付出較高的額外阻力代價，在此基礎(chǔ)上提出亞附面層渦發(fā)生器的概念還有人提出智能渦發(fā)生的概念，在不使用的時候可以收起以減小阻力，甚至可以像附面層噴出微量氣流以增加能量，提高對附面層的控制能力。國外研究現(xiàn)狀三個單位曾經(jīng)在風(fēng)洞洞壁附面層控制、進(jìn)氣道流動控制等方面開展了研究工作。在M數(shù)0. 40. 895 范圍內(nèi)，它能使距實驗段進(jìn)口下游約 880mm 處的附面層，減薄約 71%，而且對主流無明顯影響，通過改變旋渦發(fā)生器結(jié)構(gòu)甚至可以將附面層厚度減到 5mm。提高機翼最大升力和失速迎角，改善飛機低速大迎角的氣動

4、力特性渦流發(fā)生器可以提高飛機的最大升力系數(shù)和失速迎角，但在渦流發(fā)生器安裝位置不變的情況下，改變渦流發(fā)生器的彎度對飛機性能沒有影響南航的黃國平，梁德旺，李博等進(jìn)行了旋渦發(fā)生器用于進(jìn)氣道流動分離控制研究對流場的改善效果明顯，某型飛機的 Y 形進(jìn)氣道在亞、跨和超音速等各種飛行速度、不同攻角、側(cè)滑角飛行條件下，其進(jìn)氣道流場畸變均減小，尤其是原流場畸變較大的情況下改善更加明顯。合成射流激勵器90年代初佐治亞大學(xué)Ari教授首次研發(fā)壓電型合成射流激勵器，利用壓電晶體的周期性振動在出口窄縫產(chǎn)生射流霍普金斯大學(xué)設(shè)計電火花激勵器，最高可以產(chǎn)生500m/s的超聲速射流，讓合成射流激勵器在超聲速流場中的控制成為可能。

5、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀南航明曉教授最早在國內(nèi)開展零質(zhì)量射流研究工作北航，西工大，國防科技大都對合成射流激勵器進(jìn)行過一些列的研究Smith等人對合成射流激勵器實現(xiàn)低速宏觀流的矢量控制進(jìn)行了研究。研究降低發(fā)動機噴氣溫度，能夠有效的降低對機翼材料的需求從而降低制造成本。在沒有相關(guān)文獻(xiàn)的參考下，我們想通過設(shè)計一個試驗，研究合成射流影響發(fā)動機噴氣的原理。主動控制技術(shù)降低發(fā)動機出口溫度第二章 實驗設(shè)計美國空軍科學(xué)研究局研發(fā)了一套利用合成射流降低發(fā)動機出口排氣問的的系統(tǒng)，讓氣流在襟板位置溫度降低了50%，大大降低了飛機的成本，提升了隱形性能，延長了使用壽命發(fā)動機的噴氣過程可以看成一個高速高溫的自由射流根據(jù)文獻(xiàn)中提供

6、的發(fā)動機噴氣圖片，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)動機的射流核心區(qū)由于射流速度極快的緣故拖得極長，且在核心區(qū)內(nèi)的溫度基本不變。射流的擴散角在本例中極小，熱交換伴隨著質(zhì)量交換都主要發(fā)生在射流邊界層邊緣。加強質(zhì)量交換加強周圍空氣的熱交換射流核心區(qū)沒有完全的發(fā)展由于振蕩的緣故迅速耗散可能的原理猜測振蕩就是降低噴氣溫度的原因，希望通過試驗的手段驗證這個想法自由射流雖然速度在核心區(qū)充分發(fā)展之后逐漸降低，但是總動量并沒有改變。射流邊界層形成的渦將周圍空氣卷進(jìn)射流中，射流的流量隨著發(fā)展而增加，軸心速度降低?？趶降缺瓤s小的噴管，電加熱系統(tǒng)，調(diào)速風(fēng)機，合成射流發(fā)生器，紅外線感應(yīng)溫度攝像儀，計算機，七孔探針，溫度傳感器，測力裝置。1.

7、 調(diào)節(jié)風(fēng)機和電加熱系統(tǒng)，得到合適的射流溫度和速度。通過七孔探針和溫度傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)。2. 先在沒有合成射流的情況下，用紅外攝像儀記錄噴氣的溫度分布。給定合成射流發(fā)生器某個固定頻率，用紅外線感應(yīng)溫度攝像儀記錄溫度分布，觀察合成射流是否能夠?qū)姎庠斐捎绊憽?.如果合成射流可以有效的影響噴氣，則設(shè)定若干不同的激發(fā)頻率，研究合成射流發(fā)生器交替噴射的頻率對高溫射流的振蕩的影響，以及在不同頻率下，高溫射流的換熱情況。4. 確定最優(yōu)的合成射流激發(fā)頻率。此時存在一個合成射流與高溫噴氣的動量比，考慮真實的發(fā)動機噴氣與現(xiàn)有的各型號合成射流發(fā)生器是否能夠維持實驗得到的動量比，驗證實驗方案的現(xiàn)實可行性。為什么合成射流

8、可以實現(xiàn)矢量控制？實驗結(jié)果猜想與存在問題實現(xiàn)矢量控制的原理和讓自由出射流振蕩的原理是否相同？合成射流發(fā)生器確實可以影響自由出射流，并且在某個特定范圍頻率內(nèi)能夠產(chǎn)生振蕩振蕩可以有效降低射流溫度，對于合成射流存在最優(yōu)的激發(fā)頻率實驗?zāi)Ｐ褪且凰椒胖糜谒壑械目招膱A柱, 圓柱外徑D=30 mm, 內(nèi)徑d=24 mm, 長500mm, 展弦比16.67. 圓柱中間位置開對心狹縫, 狹縫寬h=1 mm, 長l=50 mm, 圓柱腔體內(nèi)有活塞, 經(jīng)過伺服電機驅(qū)動, 活塞在腔體內(nèi)做往返運動, 腔體內(nèi)流體會從狹縫出口中排出和吸入, 從而產(chǎn)生了合成射流.實驗二 合成射流對于圓柱繞流分離控制的實驗研究實驗簡介：在水

9、槽中對合成射流控制圓柱分離進(jìn)行了實驗研究. 射流出口為狹縫, 由圓柱前駐點向上游噴射實驗在回流式水槽中進(jìn)行, 該水槽實驗段為有機玻璃, 實驗段長4.8m, 截面0.6 m0.6 m, 水流速度在20 cm/s 內(nèi)連續(xù)可調(diào).電機和活塞通過對心曲柄機構(gòu)(由偏心圓盤和連桿組成)相連, 其運動周期完全相同, 合成射流形成渦對的頻率等同于電機工作頻率, 因此通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速就可以改變合成射流的頻率實驗中自由來流速度U=40 mm/s, 合成射流出口方位角 = 90, 120, 150 ，實驗采用氫氣泡流動顯示方法, 產(chǎn)生氫氣泡的鉑絲直徑25 m, 流動顯示圖像由數(shù)字?jǐn)z像機連續(xù)記錄并存入計算機. 由此定性觀察合成射流對圓柱繞流分離的控制效果及其機理, 研究合成射流