近失速NACA0015翼型主动流动控制的分离涡模拟

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流动分离引起的飞机失速现象一直制约航空领域的发展,如何解决飞机失速问题,推迟流动分离,提高临界攻角是国内外的热门研究课题之一。目前对于流动分离现象的模拟一般采用大攻角下的大范围流动分离算例进行研究,而对临界攻角下小范围流动分离的数值模拟较少。失速工况下的翼型模拟对于计算程序和网格质量提出了很高的要求。主动流动控制方法正目前迅速发展的流动控制方法,由于其控制方式的简便性、主动性等优势越来越受到人们的重视。在流动分离模拟的基础上进行主动流动控制效果的研究是本文的研究重点。本文对流动控制方法进行了详细介绍,根据工作机理的不同对其进行了分类,并对比了不同控制方法的工作原理和优缺点,并选取了主动流动控制方法中的零质量射流和脉冲射流作为流动控制方式。本文计算选取了近失速工况下的NACA 0015翼型为计算算例,其流动特征为具有小范围流动分离的非定常流动。本文采用了不同的DES类混合方法和湍流模式对其基本流流动进行了模拟,比较了不同方法间的优缺点,最终发现了相对最佳的数值模拟方法IDDES-SA。采用IDDES-SA方法可以精细地模拟出基本流流场,得出与实验基本一致的结果,确定了翼型流动分离位置为0.7倍弦长处。进一步对NACA 0015翼型基本流计算结果进行频谱分析以及DMD分析,均得出了一致的涡脱落模态值。在基本流计算结果上进行了主动控制方法研究。零质量射流和脉冲射流控制方法可以大大的改善流场环境,推迟了分离位置,提高了升阻比。对比分析了不同射流强度、频率以及相位差下对流动分离控制效果的影响。研究发现对于脉冲射流控制方式,当射流参数采用0.5倍涡脱落频率、5倍外流速度、相邻喷口具有较大相位差时控制效果最佳。
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