火炮、自動武器與彈藥工程專業(yè)畢業(yè)論文 [精品論文] 細(xì)長旋成體大攻角繞流非對稱性及其微型射流控制研究

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1、火炮、自動武器與彈藥工程專業(yè)畢業(yè)論文[精品論文]細(xì)長旋成體大攻角繞流非對稱性及其微型射流控制研究關(guān)鍵詞：細(xì)長旋成體大攻角非對稱性射流控制數(shù)值模擬繞流流場摘要：本文通過對細(xì)長旋成體有攻角繞流流場的數(shù)值模擬，研究了細(xì)長旋成體有攻角繞流流場結(jié)構(gòu)和氣動力特性內(nèi)在的一些規(guī)律，探討了頭部微小擾動對細(xì)長旋成體大攻角繞流的影響情況，提出了一種利用微型射流渦流器來對細(xì)長旋成體大攻角繞流非對稱性進(jìn)行主動控制的新方法。第一，通過對細(xì)長旋成體在不同攻角、不同自由來流馬赫數(shù)條件下繞流流場結(jié)構(gòu)和氣動力特性的分析，獲得了以下

2、幾點(diǎn)成果。（1）總結(jié)出細(xì)長旋成體有攻角非對稱繞流流場結(jié)構(gòu)和氣動力特性的軸向演化規(guī)律：無論非對稱性強(qiáng)弱，沿軸向從頭部尖頂往后體，非對稱繞流總是呈現(xiàn)為左、右兩側(cè)背渦交替從物面向上飄起、形成脫落渦、再衍生出新生背渦的流場結(jié)構(gòu)，并誘導(dǎo)出沿軸向呈類似正弦曲線形式振蕩分布的截面?zhèn)认蛄Α＃?）提出了以“旋渦分割”思想為基礎(chǔ)的脫落渦、新生背渦形成模式。它包括兩種具體方式：A方式－二次渦擠壓、分割同側(cè)背渦；B方式－低位渦擠壓、分割異側(cè)高位渦。（3）歸納出形成細(xì)長旋成體有攻角非對稱繞流流場結(jié)構(gòu)的脫落渦、新生背渦形成

3、方式軸向演化的3種規(guī)律。隨細(xì)長旋成體頭部尖頂附近明顯對稱渦流態(tài)軸向區(qū)域從無到有、從小變大，沿軸向從頭部尖頂往后體，脫落渦、新生背渦形成方式軸向演化過程依次呈現(xiàn)為：（a）X規(guī)律－由A方式逐漸過渡到B方式；（b）λ規(guī)律－首先由B方式過渡到A方式，然后再恢復(fù)到B方式；（c）μ規(guī)律－全部為B方式。其中，以X規(guī)律形成的流場結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)產(chǎn)生的非對稱性最強(qiáng)，以λ規(guī)律形成的流場結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)產(chǎn)生的非對稱性次之，以μ規(guī)律形成的流場結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)產(chǎn)生的非對稱性最弱。（4）總結(jié)出細(xì)長旋成體有攻角非對稱繞流流場氣動力特性與背渦結(jié)構(gòu)之間

4、的相關(guān)性。沿軸向從頭部尖頂往后體，截面?zhèn)认蛄植繕O值的形成總是滯后于相應(yīng)脫落渦、新生背渦的形成，截面?zhèn)认蛄植繕O值的大小同時(shí)取決于相應(yīng)脫落渦、新生背渦的形成方式和相應(yīng)背渦的強(qiáng)度。（5）總結(jié)出攻角大小對細(xì)長旋成體亞音速繞流流場結(jié)構(gòu)和氣動力特性的影響情況。在非對稱渦流態(tài)攻角范圍內(nèi)，隨攻角逐漸增大，細(xì)長旋成體頭部尖頂附近明顯對稱渦流態(tài)軸向區(qū)域逐漸縮小并最終消失，非對稱渦流態(tài)軸向區(qū)域逐漸縮小，非對稱渦流態(tài)軸向演化頻率逐漸加快，脫落渦、新生背渦形成方式軸向演化過程依次呈現(xiàn)為μ規(guī)律、λ規(guī)律和X規(guī)律，繞流非對

5、稱性逐漸增強(qiáng)。（6）總結(jié)出自由來流馬赫數(shù)對細(xì)長旋成體大攻角繞流流場結(jié)構(gòu)和氣動力特性的影響情況。在亞臨界自由來流馬赫數(shù)范圍內(nèi)（整個(gè)繞流流場都為亞音速流動），隨自由來流馬赫數(shù)逐漸提高，脫落渦、新生背渦形成方式軸向演化過程逐漸由μ規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)棣艘?guī)律、再轉(zhuǎn)變?yōu)閄規(guī)律，繞流非對稱性逐漸增強(qiáng)；當(dāng)自由來流馬赫數(shù)提高到超臨界區(qū)域后（繞流流場中出現(xiàn)超音速流動），隨自由來流馬赫數(shù)繼續(xù)提高，脫落渦、新生背渦形成方式軸向演化過程又逐漸由X規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)棣艘?guī)律、再轉(zhuǎn)變?yōu)棣桃?guī)律，繞流非對稱性逐漸減弱。第二，通過對細(xì)長旋成體在不同

6、頭部擾動條件下大攻角繞流流場結(jié)構(gòu)和氣動力特性的分析，系統(tǒng)地研究了微小擾動位置對細(xì)長旋成體大攻角繞流的影響情況。研究結(jié)果表明：（1）就微小擾動軸向位置對繞流的影響情況而言，微小擾動在頭部尖頂附近存在1個(gè)臨界軸向位置；（2）就微小擾動周向位置對繞流的影響情況而言，在亞音速自由來流條件下微小擾動存在2個(gè)臨界周向位置，而在超音速自由來流條件下微小擾動存在4個(gè)臨界周向位置。由于臨界周向位置的存在，隨微小擾動沿周向逐漸移動，細(xì)長旋成體大攻角亞音速繞流呈現(xiàn)為“單周期、連續(xù)變化”規(guī)律，而超音速繞流則呈現(xiàn)為“雙周

7、期、連續(xù)變化”規(guī)律。第三，基于細(xì)長旋成體大攻角繞流非對稱性形成的“空間動力不穩(wěn)定性”觀點(diǎn)，分別從繞流頭渦相互誘導(dǎo)作用平衡狀態(tài)及其穩(wěn)定性角度、非線性動力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性角度論述了繞流非對稱性的形成過程，并指出：繞流流場中存在不穩(wěn)定的單再附點(diǎn)流型和存在一定能級的適當(dāng)擾動是繞流非對稱性產(chǎn)生的兩個(gè)基本條件。第四，通過對傾斜微型射流對平板湍流邊界層作用情況的研究，證實(shí)了利用微型射流渦流器進(jìn)行流動主動控制的可行性。微型射流渦流器是通過與邊界層相互作用所形成的流向渦來實(shí)現(xiàn)對流動的主動控制的。通過對微型射

8、流各主控參數(shù)對微型射流渦流器控制作用影響情況的分析，總結(jié)出：要實(shí)現(xiàn)微型射流渦流器對流動的有效控制，就必須在保證射流與邊界層相互作用所形成的流向渦具備一定強(qiáng)度同時(shí)，還要保證流向渦在形成之初部分嵌入在邊界層內(nèi)部。第五，通過對對稱布置于細(xì)長旋成體頭部尖頂附近兩側(cè)、繞流分離線上游的微型射流對對繞流作用情況的分析，證實(shí)了利用微型射流渦流器來對繞流非對稱性進(jìn)行主動控制的可行性。微型射流渦流器是通過與繞流相互作用所形成的射流集中渦對繞流頭渦的作用、進(jìn)而改變繞流頭渦在頭部尖頂附近的非對稱程度來實(shí)現(xiàn)對繞流非對稱性