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飞机尾流给后续飞机的飞行安全带来隐患。国际民航组织ICAO在前后机之间规定了尾流间隔标准以保障飞行安全,特别是飞机起飞、进近、着陆时。在如今逐渐扩增的航空运输规模下,执行尾流间隔的规定的机场拥挤不堪,更加恶化了飞行安全。为了提高飞机安全性能同时改善机场经济效益,需要加强对飞机尾涡进行控制并加速其消散的研究。
本文研究内容是利用流体力学中相邻涡系消长的理论,建立实验模型,研究其实际应用的可行性。本文研究重点在于利用Rayleigh-Ludwieg不稳定性,是一种相交不稳定性,通过主动引入扰动,触发其R-L不稳定性,能够削弱尾涡强度并加速其消散。Rayleigh-Ludwieg不稳定性利用引入一对与主涡方向相反、大小不等的小涡来诱发主涡提早消散。本文通过一种简化的模型来产生一对尾涡,并通过在主翼尖装配不同形状的扰流片来实现小涡的引入。通过设置不同扰流片、不同迎角、不同来流速度的参数组合,研究双涡之间相互作用的过程和触发R-L不稳定性的条件、特点及规律,达到减小尾涡强度、加快尾涡消散的作用。实验在厦门大学FMPL实验室进行,通过定性的流动显示研究双涡作用的过程和形态。通过定量的PIV测试实验,分析尾涡和小涡的速度、位置、流线和涡量,并计算得到尾涡环量随时间的变化曲线。
本文工作研究验证了在不装配扰流片的情况下,单主翼形成的尾涡强度在短时间内不会发生很大降幅。而在装配扰流片的情况下,扰流片产生的小涡会对主涡起到干扰作用,过程中主涡的形态会发生很大变化,轨迹也会从单涡的直线下洗变为曲线上洗。分析不同参数下流场内残余环量,发现在装配扰流片Ⅱ、迎角8°、台车拖动速度9.8的参数组合下,尾涡的R-L不稳定性得到最有效激发,消散效果最佳,尾涡强度相应减少了近60%.实验结果表明,通过装配扰流片引入小涡,能够改变主涡运动轨迹和形态,并加速尾涡消散、削弱尾涡强度。