七、边界层控制
在应用上(例如对航空飞行器来说),层流边界层的过渡和分离,使机翼等阻力增加和(或)举力减少(甚至失速),因此人们很早就设法使机翼表面光滑,并设计“层流翼剖面”,以维持层流边界层。但这种控制是有限的,所以人们后来采用了许多人工控制边界层的方法,以达到影响边界层结构,从而避免边界层内气流分离,和减少阻力增加举力的目的。实验和理论得出如下的使流体局部加速的几种有效方法:
- 使部分物面移动;
- 通过物面上的喷孔(狭缝)吹出流体,以增加表面滞流的能量;
- 通过物面上的狭缝,吸走滞流,使边界层变薄,以抑制分离;
- 用不同气体喷射,加速滞流;
- 变更机翼形状。
在很多工程问题中,控制边界层脱离十分重要。控制边界层脱离的方法很多,但无外乎两大类:
- 一类是改变物体的形状,控制物面上的压强梯度,从而尽量缩小脱离区,例如采用细长的流线形物面;
- 另一类是考虑流动的内部因素,增加边界层内流体微团的动量以加强抗逆压力梯度的能力,如:在壁面吹吸流体,延缓分离,减少分离区,达到减少压差阻力的效果。由于流动的分离点和来流的状态有关,因此,在周定点处吹气或吸气的控制方法往往不能满足实际的要求。
近年来,利用微型传感器溅量绕流物面的流动特性(如压强或压强梯度),根据测得的信息,在物面必要的位置实行流动控制,这种带有反馈信息的控制方法称作主动控制。