[科普中国]-非对称流动

简介

细长前体大攻角绕流的非对称性会严重影响先进飞行器的操纵性和稳定性,并限制了其机动性的进一步提高,所以在世界范围内,飞行器细长前体大攻角非对称流动的产生机理及其控制技术已成为一个研究热点1。

表现非对称流动的表现有以下几个方面:

(1)在空间流场上,背风涡(尾迹涡)空间排列或脱落的不对称(这种不对称可能是规则的!也可能是不规则的);

(2)在物面流场上,可能存在边界层转捩点、分离点的不对称;

(3)在载荷分布上,当地周向压力分布不对称;当地存在非零的周向环量,有侧向力、偏航力矩存在。

非对称流动的成因目前对非对称流动的成因主要有粘性和无粘两派观点。

粘性观点认为:流场中的固有扰动通过物面粘性边界层的剪切带动后,迫使边界层发展出现不平衡,使得边界层转抿、分离的不对称,进而造成背风涡的不对称,此观点认为非对称流动是通过边界层粘性实现的。

无粘观点认为:非对称流动的产生并不一定需要通过边界层这一环节来实现,只要流动中存在扰动,这些扰动就会使背风涡的相对平衡受到破坏,失衡的背风涡通过彼此诱导、互相挤压使这一失衡得到发展!扩大,最终演变成一种非对称流型,其驱动模式是流动的空间动力不稳定性。这种观点认为物面边界层转抿、分离等的不对称非但不是背风涡出现非对称的先决条件,反而可能是背风涡非对称诱导作用的必然结果,通常也称流动的空间动力不稳定性观点。

控制尽管大攻角非对称流形成的物理机制尚未彻底澄清和理解，但各种前体涡控制技术的研究一直在不断的进行着，大攻角时飞行器背风区的流动由强度和位置都不对称的涡控制，控制了这些涡，就能控制飞行器的运动。为了使飞行器的飞行包线扩大和增加到大攻角范围，各国科研工作者研究了很多各种不同的前体非对称绕流控制技术，这些技术包含被动控制技术和主动控制控制技术。

被动控制装置主要有:边界层转抿带、头部固定边条。被动控制技术通常是采用在前体头部两侧固定边条的办法来固定流动的分离线，来强迫形成对称分离的流动状态。

主动控制通常指控制激振器可以进行“关一开”控制，或可以控制其激振的幅度。其中应用的前体涡主动控制技术主要有前体头部吹/吸气、可动边条、旋转截面为椭圆形的前体头部等控制技术2。