[发明专利]一种用于超临界翼型减阻增升的微吹结构和方法

说明书

本发明公开了一种用于超临界翼型减阻增升的微吹结构和方法，属于飞行器设计技术领域。本发明将带微孔的蒙皮布置在翼型下翼面后缘附近，在巡航状态下开启微吹，微吹作用区域内的壁面摩阻会显著降低，而微吹上游的压强升高还会令翼型的压差阻力降低，从而令机翼的总阻力降低。同时，下翼面微吹引起的压强升高会增加机翼的升力。最后可同时获得减阻和增升的效果。微吹技术可用于宽广的流动领域，包括低速、高亚音速甚至超音速客机，而近年来制造技术的飞速发展也为该技术的应用提供了保障。

技术领域

本发明属于飞行器设计领域，具体涉及一种用于超临界翼型减阻增升的微吹结构和方法。

背景技术

微吹技术(Micro-Blowing Technique，MBT)是为了降低大型客机表面湍流边界层摩擦阻力而发展起来的一种低能耗阻力控制技术，该技术于1994年由NASA格伦研究中心的Hwang提出。该微吹技术在壁面上开大量的微孔(如图1所示的典型微孔壁板)，通过这些微孔向壁面附近的湍流边界层内吹气，从而实现降低壁面摩擦阻力的目的。微吹技术保留了传统吹气减阻技术对于表面摩擦阻力的减阻机制，且在零吹气时微孔壁面摩擦阻力并不大于固壁面。微孔壁的微孔直径约为0.1至0.3mm，远小于边界层厚度，所需的吹气量相对于边界层的平均流量仅为10^-3～10^-2量级，这种微干扰仅改变湍流边界层底部的流动结构，却很大程度上减小了表面摩擦阻力。微吹技术通过实验研究得到较大发展，Hwang、Kornilov、Liu等人的平板实验研究发现，在亚声速和超声速下微吹能够减小50％～75％的摩擦阻力，参见参考文献[1]：Hwang,D.P.Review of research into the concept of themicroblowing technique for turbulent skin friction reduction.Prog.Aeosp.Sci.,2004,40,559-575.参考文献[2]：Kornilov,V.I.and Boiko,A.V.Efficiency of air microblowing through microperforated wall for flat platedrag reduction.AIAA J.,2012,50(3),724-732.参考文献[3]：Liu,S.,Li,H.and BraunM.J.Experimental study on skin friction reduction with micro-blowing.,2004ASME Heat Trans-fer/Fluids Engineering Summer Conf.,The American Societyof Mechanical Engineers,Charlotte,North Carolina USA,2004。然而，Hwang等在参考文献[1]中将微吹技术应用在实际的对称翼型上，其将微孔蒙皮布置在上、下翼面11％至66％的弦长位置，实验测量数据显示在Hwang的大部分实验条件下微吹技术在翼型上应用时导致总阻力不降反增。这一缺陷如果不能克服将令微吹技术不能应用于实际的大型客机上。因此，设计一种新的微吹技术在翼型上的应用方案，实现翼型总阻力的降低并同时保证微吹对翼型升力产生有利影响，将对微吹技术未来在大型客机的实用化以及大型客机气动性能的提高有重要意义。

发明内容

本发明针对超临界翼型提出了一种新的微吹减阻技术的应用方案，不仅实现了利用微吹技术降低翼型总阻力的目的，同时又可以达到增加翼型升力的效果。不同于国外Hwang等人在翼型的上、下壁面的大部分均应用微吹的方式，本发明的主要实现途径是合理设计微吹在翼型表面上的应用范围，巧妙实现翼型减阻增升的目的。

本发明中提出的用于超临界翼型减阻增升的微吹方法，包括以下步骤：

步骤1：选择微孔几何尺寸、微孔壁板的孔隙率，加工带微孔的蒙皮，并从发动机中引入一部分气流通过此蒙皮向壁面边界层内吹气。

步骤2：将带微孔的蒙皮布置在翼型下翼面后缘附近，带微孔的蒙皮的范围需要根据翼型下翼面形状优化确定。