民用飞机湍流流动控制减阻技术

本书以现代大型民用飞机湍流摩擦减阻为应用背景，总结了浙江大学课题组在中欧航空科技专项技术合作项目“基于湍流边界层流动控制的减阻技术（DRAGY）”的部分工作，同时也汇聚了作者十多年在绿色航空领域的技术积累。从数值计算和物理实验两个方面重点介绍了微吹气、沟槽、合成射流三种流动控制手段的基本概念、设计方法、流动机理以及控制规律等内容，探索真正可用于民用飞机摩擦减阻的有效途径。本书可供航空宇航科学与技术、力学等相关专业的高年级研究生以及从事该领域研究工作的学者作为参考书使用。

第1章湍流流动控制基本知识1
1.1引言1
1.2湍流基本物理特性3
1.3边界层基本特性6
1.3.1边界层损失6
1.3.2边界层转捩8
1.4壁湍流边界层9
1.4.1黏性底层10
1.4.2对数律层10
1.4.3过渡层11
1.5流动控制技术发展历程11
1.6湍流流动控制减阻策略12
1.6.1局部壁面变形12
1.6.2吹/吸气控制16
1.6.3合成射流控制20
1.6.4等离子体流动控制22
1.6.5涡流发生器25
1.6.6其他控制策略25
第2章可压缩湍流直接数值模拟方法31
2.1前言31
2.2三维可压缩NavierStokes控制方程32
2.2.1笛卡儿直角坐标系下控制方程32
2.2.2曲线坐标系下空间变换34
2.3流通矢量分裂36
2.4数值离散格式37
2.4.1WENO格式37
2.4.2WCNS格式39
2.4.3中心差分格式40
2.4.4时间离散41
2.5直接数值模拟求解过程41
2.6可压缩平板湍流边界层42
2.6.1基本算例设置42
2.6.2计算结果和验证44
2.7浸没边界法48
2.7.1虚拟单元浸没边界法48
2.7.2验证算例1：二维低马赫数圆柱绕流52
2.7.3验证算例2：二维激波/圆柱相互作用56
2.7.4三维超声速球体绕流62
第3章微吹气控制技术75
3.1前言75
3.2微吹气技术76
3.3微吹气控制平板计算模型77
3.4湍流摩擦阻力80
3.5湍流瞬态结构和平均属性82
3.6涡量动力学特性85
3.7湍流脉动强度90
3.8湍流信号经验模态分解91
3.9摩擦阻力分解96
3.10影响微吹气减阻效果的因素98
3.10.1湍流摩擦阻力对比99
3.10.2湍流平均速度场对比100
3.10.3湍流平均温度场对比104
3.10.4湍流脉动场分析106
3.10.5涡结构对比108
第4章沟槽被动控制技术113
4.1前言113
4.2辊轴热压印技术114
4.2.1辊轴热压印原理与装置设计114
4.2.2热压印工艺参数正交试验设计116
4.2.3沟槽薄膜制备效果与优化118
4.3微细铣削技术121
4.3.1微细铣削参数正交试验设计122
4.3.2沟槽平板制备效果与优化124
4.3.3沟槽制备效果快速评估方法126
4.4沟槽流动控制风洞实验平台128
4.5实验测量技术131
4.5.1热线风速仪测量系统132
4.5.2激光多普勒测速系统134
4.6实验数据处理方法136
4.6.1湍流充分发展验证136
4.6.2速度采集点分布137
4.6.3边界层不同高度速度测量137
4.6.4摩擦阻力及湍流统计量139
4.7沟槽减阻风洞实验结果140
4.7.1直沟槽流动控制减阻效果140
4.7.2曲形沟槽流动控制减阻效果144
4.7.3两种沟槽表面减阻特性对比146
4.8沟槽控制湍流边界层的直接数值模拟149
4.8.1直接数值模拟计算模型150
4.8.2流向速度型与减阻率155
4.8.3脉动速度场160
4.8.4脉动涡量164
4.8.5近壁区条带结构168
4.8.6规律性归纳172XIXII
第5章合成射流控制技术176
5.1前言176
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