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NASA研究超声速大后掠角机翼层流控制技术
2017-03-20

[据美国航空周刊和空间技术网站2017年3月19日报道]层流流动是改善亚声速飞机气动效率的最有前景的技术之一,但如何在超声速大后掠角机翼上实现层流流动则非常困难。大后掠带来的横流扰动会较早地引起层流转捩,从而增加摩擦阻力。

目前,Aerion公司正在研发的AS2超声速喷气公务机据称采用了自然层流机翼降低燃油消耗,但该机采用的是小后掠角梯形机翼,相比大后掠角机翼实现层流的难度较低。而NASA正在研究的超声速低声爆验证机则采用了大后掠角的三角翼设计,以适应更高的飞行速度。为了降低超声速摩擦阻力,NASA正在针对如何实现大后掠角机翼层流流动开展研究。

NASA目前已经开始了分布式粗糙颗粒(DRE)的飞行试验。DRE是沿后掠机翼前缘布置的一系列小鼓包,具有增加机翼表面层流范围的潜力。飞行试验使用了F-15飞机腹部挂载后掠机翼试验件的方式,飞行速度达到Ma2.0。

超声速飞行时的湍流摩擦阻力通常占到飞机总阻力的一半。NASA认为,采用DRE的机翼可以延迟层流向湍流的转捩。层流转捩的本质是T-S波(横流扰动)的产生与增长,而DRE则可以减轻扰动,延长层流范围。

NASA已经在兰利研究中心进行了DRE的风洞试验。试验中发现了与预计不一致的结果:通常在亚声速层流控制中起作用的DRE外形在超声速中并不适用。NASA兰利首席研究员路易斯•欧文斯表示,“在风洞试验中,我们基于亚声速基础研究了大量的DRE外形,但这些外形在超声速条件下都不起作用。直到我们最终放弃了‘DRE高度需要足够小’的固有概念,我们发现了新的能够在超声速下起作用的DRE外形。”

DRE技术首先由德州农工大学教授威廉•萨利克开发。相比NASA于1988-1996年期间在F-16XL上试验的抽吸气技术,DRE是一种更简便的非常有前景的层流控制技术。DRE技术之前已经在塞斯纳O-2飞机和NASA湾流III飞机上进行过亚声速飞行试验。

NASA将利用F-15进行不同外形DRE的飞行测试,试验采用在右侧发动机进气道处安装的红外相机记录层流变化的范围。(中国航空工业发展研究中心  王元元)

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