2019年,世界民用航空业经历了非同寻常的发展和变化,总体气动技术发展势头良好,在电推进新概念飞行器、新型气动布局、机体减阻、降噪、超声速低声爆技术、建模仿真技术、气动测量技术等多个方面稳步推进,部分领域取得了丰硕的成果,电动航空成为研究热点和未来民机的重要发展方向之一。本文通过总结梳理国外民机在2019年度总体气动技术方面的研究进展,提出对我国民用航空技术发展的启示和建议,对我国后续民机的整体研究规划以及航空电气化的发展具有一定的借鉴和参考意义。

增升和减阻是民用飞机设计的永恒目标。本文对民用飞机减阻技术最新进展及未来发展进行综述,在此基础上,报道了计算所团队通过数值优化设计及主动流动控制实现减阻的研究进展。为此,发展了基于壁面模化大涡模拟(WMLES)准确模拟湍流边界层的先进数值方法,以及利用伴随方程方法实现气动外形快速数值优化的技术。在具体实践中,通过组合基于自由变形(FFD)的几何参数化模块、基于线弹性体法的网格变形模块,以及基于伴随方程方法和序列二次规划(SQP)的优化算法模块,搭建了面向工程、适于超大规模变量优化设计的整机气动优化设计平台,在NASACRM模型上实现了设计变量超过600的大变量、跨声速气动数值优化设计,在合理的工程约束条件下,有效削弱了机翼表面激波,总体减阻率达到2%以上;通过对湍流平板边界层外层结构进行射流非定常控制,在中等雷诺...

基于程序可靠性校验，本文对绕凸包流动进行了数值研究，其中主要对不同吹／吸气速度影响进行了参数化研究，并根据结果对吹／吸气控制分离机理予以了解释，表明：吹吸气对附面层的吹断／吸除作用以及其对主流的气动堵塞作用是正确分析其影响分离机理的关键。

气泡致动器的弹性薄膜厚度不均、高压气体泄露、刚性基底以及缺乏控制依据是制约其实际应用的关键问题。为了解决上述问题,采取了如下措施：对现有成膜工艺进行了改进,提高了弹性薄膜厚度的一致性;开发了一种新的气泡致动器的制作工艺,避免了原制作工艺中的粘接环节,保证了气泡致动器的气密性;使用柔性材料作为基底,器件可弯曲变形,便于安装在翼型表面;采用Mooney-Rivlin超弹性材料模型对气泡致动器弹性薄膜的变形进行分析,确定了不同厚度的薄膜变形高度与压力的理论关系,同时指出,在相同条件下宽度是影响气泡薄膜变形的主要因素,为气泡致动器的控制提供了参考。实验证明：所开发的气泡致动器可以有效地进行延迟分离,降低压差阻力,实现了主动流动控制。

近年来,主动流动控制技术已用于汽车气动减阻研究,但较多针对无车轮的简化汽车模型开展且减阻量和净节率均有待提高。本研究针对原始及带有静止、旋转车轮的方背Ahmed汽车模型,采用数值模拟方法,在模型背部施加定常射流进行主动气动减阻规律的研究。首先,分析无射流工况下车轮对方背Ahmed汽车模型气动特性的影响;其次,重点探究有车轮工况下,射流槽布置形式、射流角度、动量系数等因素对气动阻力的影响规律。获得背部射流的最佳工况为采用连续且距边缘较近的射流槽,射流角度45°,动量系数3%,减阻量可达9.5%,对应净节率为12.7 W。

为探究下表面射流关键参数对超临界翼型气动性能的影响,采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程与Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型进行数值模拟。通过比较基准RAE2822翼型与下表面射流翼型的流场,验证下表面射流能够在翼型后缘诱导产生逆时针分离涡,带动流线向下偏折,增加了翼型的等效弯度,同时加大前缘的吸力峰,从而提高翼型的气动性能。进一步探究射流位置、射流动量系数、射流角度、马赫数等关键参数对RAE2822翼型气动性能的影响规律。结果表明给定状态下,下表面射流的位置越靠后,动量系数越大,翼型的气动性能越优。下表面射流在α=0°和2°时的最优射流角度为110°,在α=4°时的最优射流角度为160°,且在最优射流角度下能有效提高翼型马赫数在0.3~0.6范围内的气动性能。

为探索增强小迎角下翼型气动性能的射流控制方法,进而实现无舵飞行控制,在环量控制的启发下,提出在NACA0012翼型下表面靠近后缘的位置布置射流(Jet on the lower surface of trailing edge,LSTE jet),并通过分析流动状态与参数变化优化LSTE射流的气动控制效果.首先,采用3套不同规模的网格对NACA0012翼型本身进行数值模拟,验证了数值模拟方法的收敛性与有效性.其次,通过比较流场的马赫数分布、流线和压力分布的变化,研究了LSTE射流影响翼型气动性能的机理.最后,研究了翼型的气动系数随射流的位置、动量系数和前向夹角的变化规律.结果表明LSTE射流在后缘诱导产生逆时针的涡,形成低压分离区,使后缘主流向下偏折,增加了翼型的有效弯度,并且前缘的吸力峰也因此增加,从而增大了升力系数;LSTE射流越靠近后缘,动量系数越大,增升减阻效果越好,但翼型的失速迎角会减小...

针对等离子体激励下的串列双圆柱绕流噪声抑制问题,通过将等离子体体积力模型、脱落涡模拟、声比拟理论等技术相结合的数值模拟方法,研究不同来流速度下等离子体激励器安装位置对双圆柱分离流形态控制与远场噪声抑制效果的影响。结果表明,当所施加的等离子体激励位于圆柱流动分离点附近时,控制措施可有效减小分离涡尺度和湍流强度,并显著降低远场监测点的总声压级。随着来流速度增大,等离子体激励器的降噪效果增强,同时最优安装位置前移。当来流速度达到55m/s时获得最优降噪效果,其远场监测点声压级频谱峰值和总声压级分别降低11.5dB和8.3dB。而随着来流速度的进一步增大,等离子体激励器的降噪效果逐渐减弱。所得结果对于等离子体流动控制抑制串列圆柱噪声的实际应用有一定指导意义。

为探究等离子体对类厢式货车的气动减阻效果,以GTS模型为研究对象,采用数值仿真的方法,分别研究了当来流风速为20 m/s时,3个位置处等离子体布置角度、激励电压对GTS模型的气动减阻效果并分析其减阻机理,然后进行组合工况的分析.研究结果表明,等离子体是通过诱导近壁面气体定向流动使流动分离点后移、推迟流动的分离,从而减小GTS模型前后压差阻力、降低整车气动阻力系数,等离子体布置的位置在流动分离点后方并且靠近流动分离点.单个位置激励时,等离子体布置在GTS尾部两侧时气动减阻效果最好,最大减阻率为5.09%;组合工况时最大减阻率可达6.01%.当来流风速一定时,等离子体存在最佳布置角度与激励电压.

基于S形进气道流动分离特征设计了一种用于进气道主动流动控制的高性能锥管式脉冲射流激励器。对脉冲射流激励器进行了性能试验研究，得到了不同进气总压、射流频率以及射流喷孔位置等多种控制参数下的激励器性能。结果表明锥管式脉冲射流激励器能产生具有明显正弦特性的高频脉冲射流，改变进气压力可有效调节射流速度，调节电机转速可实现脉冲频率倍增，试验中最高脉冲频率达到了800Hz，且射流速度和频率控制精确、稳定。