简介

环量控制翼型做为一种新型的高升力翼型,通过后缘处引出的射流的附壁效应来产生环量或升力。该翼型能在较小的射流动量下产生很大的环量,并能通过调节射流量的大小来控制环量的大小及流动状况。该翼型在叶轮机械、直升机旋翼以及V/STOL(垂直/短距起降,vertical and short take-off and landing)飞行器上具有很好的应用前景。其吹气量可控的特点可望用于控制颤振及失速的发生,是重要的流动控制手段之一。对环量控制翼型的已有的研究工作主要限于定常流动,包括测量和分析翼型的气动性能随射流动量大小、来流条件、翼型几何参数的变化关系,在理论研究方面建立了各种计算模型。2

环量控制作用原理

翼型的环量控制是通过在翼面上靠近后缘位置开射流孔,在翼型内部空腔形成高压气流并通过孔口沿着物面切向产生射流,见图1,射流与外流混合后沿着弯曲的圆形后缘表面形成附壁效应。

根据环量的定义和儒可夫斯基升力定理,即Γ=∮VdL,Y=ρV∞Γ可知,通过增加物面速度和流线路径可使环量增加,升力提高。图2所示的圆柱绕流中,2个驻点下移量越多,圆柱绕流的环量和升力就越大,该原理同样适用于翼型绕流。

射流沿着Coanda表面移过的距离越大,后驻点位置越靠下,在射流作用下,孔口后附面层内的速度和动量增加迅速,相应区域的静压降低,形成孔口前后较大的压力差,带动上表面的流速增大,促使前驻点位置也不断下移,出现前后驻点不断靠近的趋势,翼型的环量值增加,升力随之变大。同时射流与外流混合,带动外流使流线发生较大偏折,产生类似于襟副翼的效果,增加了翼型的弯度,同样可以实现升力增加。

迎角是影响升力特性的另一重要参数,在升力随迎角的变化曲线中存在线性段和非线性段。失速迎角决定了最大升力系数,也限制了使用迎角的范围。随着动量系数的增加,翼型前后缘驻点不断下移,使得迎角对升力的影响规律可能发生变化。当动量系数相同,迎角增大时,动量附面层增加,射流动量与附面层动量的比值降低,环量控制的效果变差。所以为高效利用环量控制,需要深入研究动量系数和迎角对气动特性的影响规律。3

环量控制翼型特点

优点为:可能使最大升力系数CLmax增大4倍;可减少零件数,降低成本;可改进飞机的机动和控制能力;可降低性能对雷诺数的敏感度;减小了尾迹涡的影响,提高了跑道使用率。

缺点为:可能增大飞机巡航时的底阻;从发动机引出的气流会降低推力(估计降低 5%);增大了结构的复杂性,可能引起重量增加,降低安全性;可能形成非轴对称的事故;与平衡相联系的升力损失常会引起大的俯仰力矩;可能会有突然的机翼失速特性。4