課題組翟建順利通過博士學位論文答辯

2021-02-15 氣動彈性力學與流動控制

2020年12月6日上午，課題組翟建同學在西北工業大學友誼校區翼型中心中樓208會議室進行了博士學位論文答辯，經過一個半小時的匯報及問答環節，獲得了答辯委員會的一致同意，順利通過博士學位論文答辯。翟建同學2011年加入課題組，先後完成碩士和博士學位論文，期間2015—2019年在科學院力學研究所聯合培養，師從王發民研究員和張陳安高級工程師。主要研究方向是流動控制、新型超聲速雙翼和乘波體，在張偉偉老師、王發民老師和張陳安老師的悉心指導下，取得了卓有成效的研究成果。在攻讀博士期間，參加中國科學院戰略性先導專項和高等學校創新引智計劃等基金項目，參加航天一院、三院和十一院的橫向課題四項。

下面對翟建的博士論文進行簡單介紹：

博士論文題目：若干高超聲速流動控制方法及機理研究


摘要：未來高超聲速飛行器面臨著更高的要求，如：經濟效益高、對環境友好、安全可靠等。為此，它需要性能良好的超燃衝壓發動機和氣動布局。然而，激波/邊界層幹擾會降低超燃衝壓發動機的性能。另外，目前出現的新概念氣動布局也各有局限性。為此，本文的工作主要分為兩個方面：1）提出了一種控制高超聲速進氣道內激波/邊界層幹擾的方法，目的是提高超燃衝壓發動機的性能；2）提出了一種新概念雙翼氣動布局，目的是提高高超聲速飛行器的氣動性能。論文的主要研究內容和創新點如下：

(1)提出了控制激波/邊界層幹擾的臺階型激波發生器，並根據臺階型激波發生器的原理，發展了臺階型唇口和臺階型上翼。研究了臺階型激波發生器對進氣道起動能力的影響，臺階型唇口對高超聲速混壓式進氣道內激波/邊界層幹擾的影響，臺階型上翼對寬速域低阻雙翼氣動性能的影響。(2)在臺階型激波發生器的控制下，進氣道從不起動狀態變為起動狀態，不起動時的大尺度分離泡被兩個小尺度分離泡替代。起動後，進氣道的性能顯著提高。在臺階型唇罩的控制下，二元進氣道中的激波/邊界層幹擾減弱，分離泡尺寸變小，總壓恢復係數增大，阻力係數減小。側壓板附近的分離泡基本被消除，對稱面附近的分離泡被抑制，中間的分離泡被分解為兩個比較小的分離泡。(3)通過理論分析和數值方法揭示了臺階型激波發生器的控制機理。安裝在激波發生器上的後臺階使激波發生器產生的激波強度變弱，從而抑制了激波/邊界層幹擾。並且通過參數化研究分析了臺階型激波發生器的有效、失效和臨界工作狀態。(4)發明了一種新的寬速域低阻雙翼，給出了它的設計方法。通過交錯布置寬速域低阻雙翼的上下翼，使其內收縮面積比增大，減弱了流動壅塞問題。研究結果表明，寬速域低阻雙翼不僅具有更高的升阻比，而且很大程度上解決了Busemann雙翼存在的流動壅塞問題，為超聲速雙翼的工程化打開了新局面。(5)研究了寬速域低阻雙翼在高超聲速條件下的氣動性能，研究發現，在比較大的攻角下，Busemann雙翼的流場中容易出現流動分離，甚至流動壅塞現象；但在寬速域低阻雙翼的流場中則不會出現流動分離。氣流偏轉角越大，寬速域低阻雙翼的氣動性能相對越好。另外，臺階型上翼可以控制寬速域低阻雙翼中激波/邊界層幹擾引起的大尺度流動分離。在臺階型上翼的控制下，寬速域低阻雙翼的起動能力提高，起動馬赫數從3.4降低至2.9。

[1]    Zhai Jian, Zhang Chen-an, Wang Fa-min, Zhang Wei-Wei. Design of a new supersonic biplane[J]. Acta Astronautica, 2020, 175: 216-233. 

[2]    Zhai Jian, Zhang Chen-an, Wang Fa-min, Zhang Wei-Wei. Alleviation of lateral spillage of two-dimensional hypersonic inlet using waverider-configuration chines[J]. International Journal of Modern Physics B, 2020: 2040074. 

[3]    Zhai Jian, Zhang Wei-Wei Gao Chuan-qiang, Zhang Yan-hua, Ye Zheng-yin. Side force control on slender body by self-excited oscillation flag[J]. Theoretical and Applied Mechanics Letters, 2016:230-232. 

[4]    翟建, 張偉偉, 王煥玲. 大迎角前體渦控制方法綜述[J]. 空氣動力學學報, 2017, 35(003):354-367.

[5]    王曉朋, 張陳安, 翟建, 王發民, 葉正寅. 乘波布局高焓激波風洞測熱試驗研究[J]. 實驗流體力學, 2019, 033(004):52-57.

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