合成射流控制鼓包分離流動(dòng)的數(shù)值模擬

陳占軍 巴玉龍 王晉軍

(北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京100191)

合成射流 (synthetic jet)是由足夠強(qiáng)的振動(dòng)流動(dòng)在突然擴(kuò)張過(guò)程中產(chǎn)生的一種時(shí)間平均的流體運(yùn)動(dòng)［1］.與傳統(tǒng)的吸/吹氣流控制相比，合成射流具有僅對(duì)外輸出動(dòng)量而輸出質(zhì)量為零的顯著特征，不需要額外的氣源以及相應(yīng)的管路系統(tǒng)，所以有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、重量輕、成本低、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)［2］，在主動(dòng)流動(dòng)控制上有著廣闊的應(yīng)用前景.

鼓包是工程應(yīng)用中常見的模型，可以很好地模擬自然中實(shí)際出現(xiàn)的流動(dòng)分離現(xiàn)象［3］.比如大迎角下機(jī)翼的分離點(diǎn)并不是固定的.S形進(jìn)氣道可以減小飛機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)提高飛機(jī)隱身性能，近年來(lái)成為研究的熱點(diǎn)［4－6］.鼓包可以一定程度上模擬S形進(jìn)氣道中軸線平滑大折轉(zhuǎn)角帶來(lái)的分離點(diǎn)不固定的流動(dòng)分離.此外鼓包還大量地應(yīng)用于實(shí)際的流動(dòng)控制上，比如在機(jī)翼上表面布置鼓包改變激波的強(qiáng)度，達(dá)到減小波阻的目的［7］.

使用合成射流來(lái)控制鼓包的分離是一種行之有效的想法［8］.但是流動(dòng)分離和射流剪切層等問(wèn)題對(duì)數(shù)值模擬技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)，限制了這種控制技術(shù)的實(shí)際的推廣和應(yīng)用.為此NASA于2004年召開了合成射流控制鼓包分離流動(dòng)數(shù)值模擬研討會(huì)，提供標(biāo)準(zhǔn)算例和大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)供數(shù)值模擬驗(yàn)證［9－11］，以獲得更精確的數(shù)值模擬方法和技術(shù).2010年ERCOFTAC也采用此算例來(lái)開展模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法的研究［12］.

本文使用數(shù)值模擬計(jì)算合成射……