实验流体力学

1、组员： 刘宇 SX1501257 赵伟伟 SX1501268 陈天予 SX1501177,fluid actuator,目录 CONTENTS,研究背景与现状,流动控制技术是通过对运动的流体施加力、质量、热量、电磁等物理量来改变流动状态，从而也改变运动物体的受力状态或运动状态。 流体激励器作为一种重要的流动控制的工具，在许多场合中都得到广泛的应用。,流体激励器,主动流动控制方法,结构简单,阵列式灵活布置,旋涡发生器,最典型的应用是用于防止机翼上表面的边界层分离,涡流发生器实际上是以某一安装角垂直地安装在机体表面上的小展弦比小机翼，所以它在迎面气流中和常规机翼一样能产生翼尖涡，但是由于其展弦比小

2、，因此翼尖涡的强度相对较强。这种高能量的翼尖涡与其下游的低能量边界层流动混合后，就把能量传递给了边界层，使处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在机体表面而不致分离。,其他应用实例,上世纪 60 年代，Schubauer、Lachmann 及 Pearcey，等人对普通旋涡发生器(高度大于/接近当地附面层厚度)控制平板湍流附面层的流动机理进行了研究,上世纪90年代Klausmeyer等人对旋涡发生器的形状、几何参数及位置进行了较系统研究，并针对早期旋涡发生器高度尺寸与当地附面层厚度相当，在非设计状态，即附面层不出现分离的情况下，旋涡发生器将带来附加的型阻和涡阻，飞机需付出较高的额

3、外阻力代价，在此基础上提出亚附面层涡发生器的概念,还有人提出智能涡发生的概念，在不使用的时候可以收起以减小阻力，甚至可以像附面层喷出微量气流以增加能量，提高对附面层的控制能力。,国外研究现状,三个单位曾经在风洞洞壁附面层控制、 进气道流动控制等方面开展了研究工作。,在M数0. 40. 895 范围内，它能使距实验段进口下游约 880mm 处的附面层，减薄约 71%，而且对主流无明显影响，通过改变旋涡发生器结构甚至可以将附面层厚度减到 5mm。,提高机翼最大升力和失速迎角， 改善飞机低速大迎角的气动力特性,涡流发生器可以提高飞机的最大升力系数和失速迎角，但在涡流发生器安装位置不变的情况下，改变涡

4、流发生器的弯度对飞机性能没有影响,南航的黄国平，梁德旺，李博等进行了 旋涡发生器用于进气道流动分离控制研究,对流场的改善效果明显，某型飞机的 Y 形进气道在亚、跨和超音速等各种飞行速度、不同攻角、侧滑角飞行条件下，其进气道流场畸变均减小，尤其是原流场畸变较大的情况下改善更加明显。,合成射流激励器,90年代初佐治亚大学Ari教授首次研发压电型合成射流激励器，利用压电晶体的周期性振动在出口窄缝产生射流,霍普金斯大学设计电火花激励器，最高可以产生500m/s的超声速射流，让合成射流激励器在超声速流场中的控制成为可能。,国内外研究现状,南航明晓教授最早在国内开展零质量射流研究工作,北航，西工大，国防科

5、技大都对合成射流激励器进行过一些列的研究,Smith等人对合成射流激励器实现低速宏观流的矢量控制进行了研究。,研究降低发动机喷气温度，能够有效的降低对机翼材料的需求从而降低制造成本。在没有相关文献的参考下，我们想通过设计一个试验，研究合成射流影响发动机喷气的原理。,主动控制技术降低发动机出口温度,第二章 实验设计,美国空军科学研究局研发了一套利用合成射流降低发动机出口排气问的的系统，让气流在襟板位置温度降低了50%，大大降低了飞机的成本，提升了隐形性能，延长了使用寿命,发动机的喷气过程可以看成一个高速高温的自由射流,根据文献中提供的发动机喷气图片，可以发现发动机的射流核心区由于射流速度极快的缘

6、故拖得极长，且在核心区内的温度基本不变。射流的扩散角在本例中极小，热交换伴随着质量交换都主要发生在射流边界层边缘。,可能的原理,自由射流虽然速度在核心区充分发展之后逐渐降低，但是总动量并没有改变。射流边界层形成的涡将周围空气卷进射流中，射流的流量随着发展而增加，轴心速度降低。,口径等比缩小的喷管，电加热系统，调速风机，合成射流发生器，红外线感应温度摄像仪，计算机，七孔探针，温度传感器，测力装置。,1. 调节风机和电加热系统，得到合适的射流温度和速度。通过七孔探针和温度传感器进行调节。,2. 先在没有合成射流的情况下，用红外摄像仪记录喷气的温度分布。给定合成射流发生器某个固定频率，用红外线感应温

7、度摄像仪记录温度分布，观察合成射流是否能够对喷气造成影响。,3.如果合成射流可以有效的影响喷气，则设定若干不同的激发频率，研究合成射流发生器交替喷射的频率对高温射流的振荡的影响，以及在不同频率下，高温射流的换热情况。,4. 确定最优的合成射流激发频率。此时存在一个合成射流与高温喷气的动量比，考虑真实的发动机喷气与现有的各型号合成射流发生器是否能够维持实验得到的动量比，验证实验方案的现实可行性。,实验结果猜想与存在问题,实现矢量控制的原理和让自由出射流振荡的原理是否相同？,合成射流发生器确实可以影响自由出射流，并且在某个特定范围频率内能够 产生振荡,振荡可以有效降低射流温度，对于合成射流存在最优

8、的激发频率,实验模型是一水平放置于水槽中的空心圆柱, 圆柱外径D=30 mm, 内径d=24 mm, 长500mm, 展弦比16.67. 圆柱中间位置开对心狭缝, 狭缝宽h=1 mm, 长l=50 mm,圆柱腔体内有活塞, 经过伺服电机驱动, 活塞在腔体内做往返运动, 腔体内流体会从狭缝出口中排出和吸入, 从而产生了合成射流.,实验二 合成射流对于圆柱绕流分离控制的实验研究,实验简介：在水槽中对合成射流控制圆柱分离进行了实验研究. 射流出口为狭缝, 由圆柱前驻点向上游喷射 实验在回流式水槽中进行, 该水槽实验段为有机玻璃, 实验段长4.8m, 截面0.6 m0.6 m, 水流速度在20 cm/s 内连续可调.,电机和活塞通过对心曲柄机构(由偏心圆盘和连杆组成)相连, 其运动周期完全相同, 合成射流形成涡对的频率等同于电机工作频率, 因此通过调节电机转速就可以改变合成射流的频率,实验中自由来流速度U=40 mm/s, 合成射流出口方位角 = 90, 120, 150 ，实验采用氢气泡流动显示方法, 产生氢气泡的铂丝直径25 m, 流动显示图像由数字摄像机连续记录并