动态失速研究取得重大进展，未来方向何去何从？

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五十多年来，动态失速一直是一项技术挑战和令人感兴趣的流体动力学课题；但是，在过去的十年里，在转子动态失速的理解、预测、建模和控制方面取得了重大进展。
本文总结了动态失速实验的现状以及了解旋翼动态失速的未来方向。实验数据集讨论了动态失速控制的未来研究方向。之间的协调测试翼型以及计算和实验研究之间的紧密结合被发现是有效的方法。
先进的分析方法，包括统计方法、模态表示法和人工智能方法，使人们对动态失速的理解取得了重大进展。对动态失速控制装置的研究已经允许对转捩到分离流进行许多有用的有针对性的研究，但还没有产生一种商用装置。

典型的动态失速是一种非定常空气动力现象攻角和升力面迎角的快速变化，在此过程中气流分离。实际上，动态失速是由复杂的流场现象产生的，包括相互作用的剪切层和涡流。
动态失速通常是旋翼空气动力学的主要兴趣，但也是非定常空气动力学中许多问题的关键因素，包括固定翼和扑翼飞行器、轴向和横流风力和潮汐涡轮机，以及通过空气尾流的飞行。
预测动态失速并在许多尺度的飞行包线内减轻它的能力对于改进当前的安全标准和减轻新设计和任务中动态失速的影响是必要的。

然而，在过去十年中，由于计算建模和光学测量技术的进步，在许多应用中，特别是在旋转机翼上，对动态失速的理解、预测、建模和控制已经取得了重大进展。
这在大量关于平移和旋转机翼动态失速的出版物中可见。对动态失速的研究不断提高定量预测的精度，为未来军事所需的新旋翼设计提供信息或者民用直升机。动态失速是一种重要的载荷情况，它限制了新直升机的尺寸，因此提高载荷预测的精度将改进未来飞行器的结构设计。

预测和控制动态失速的能力对于改进当前的安全标准也是必要的，并且对动态失速和由此产生的叶片载荷的物理特性的更好理解将提供对可实现的飞行包线的更好估计。
对于现有的飞行器和任务，以及未来的城市来说都是如此空中机动性(UAM)在城市和不稳定空气动力环境中的飞行，由于尾流和阵风飞行，可能导致叶片攻角快速变化的额外来源(从而有动态失速的风险)。
旋转翼应用中的动态失速特性取决于各种各样的条件，其复杂的非线性行为已经成为许多实验和计算努力的焦点。
目前较低保真度的数值分析不足以捕捉动态失速的细节，所以计算流体动力学语言(CFD)或计算流体动力学-计算结构动力学(CFD-CSD)分析是可取的。

动态失速的实验主要分为两类:与动态失速有关的物理现象的研究和高保真计算验证数据库的开发。
这些实验当然不是相互排斥的，但是实验通常在第一个实例中被设计成侧重于一个或另一个。
自从高保真、第一原理建模在实验设计在实验质量方面取得了显著的进步，特别是在传感器位置的选择和对离散传感器位置如何影响实验和CFD之间的比较的理解方面实验几何形状和条件的计算流体动力学计算也澄清了以前未充分探索的系统误差。

这些误差可能是由于模型安装和风引起的隧道干扰，导致重新评估实验和计算流体动力学如何在发展我们对动态失速和其他复杂气动现象的理解中相互补充。
已经在许多不同的装置上进行了动态失速实验，从隔离特定现象的装置到捕捉大范围现象的装置。例如，飞行试验有望提供全范围的空气动力现象，但成本高，可用的测量技术和分辨率有限，飞行包线部分也有限，因此失速现象的识别和分析受到阻碍。
转子测试设备允许额外的测量技术，但是旋转系统中的柔性表面和大型风洞的要求通常限制了可以合理执行的测量范围。
此外，即使可以获得高质量的测量结果，由于环境复杂，也很难区分负载和流量现象的原因。

进一步降低实验装置(有限长机翼、俯仰翼型)的物理复杂性，可以更详细地了解单个动态失速现象，通常会提高测量分辨率。
最后，更规范的实验和与经典理论的直接比较可以为理解飞行中旋翼上更复杂的流动形成一个强有力的理论基础。通过实验和计算加深对动态失速的理解可以指导控制这些流动的新思想。
本文回顾了一系列动态失速的流动控制实验，展示了不同方法的优势。在受控的实验或数值设置中，许多被动和主动流动控制策略已被证明在抑制或延迟动态失速方面是有效的。

这些概念证明实验有助于我们理解动态失速的发展，即使被测试的方法还没有进入实施阶段。先描述动态失速，然后描述不同的实验，包括在飞行中进行的实验，在转子钻机上，在俯仰机翼，等等翼型以及解决特定现象的专门实验与动态失速测量相关的专题将在第节中介绍。
这篇综述文章主要集中在旋转动态失速的最新实验进展上。在这个领域的进展需要实验，计算和理论的贡献，共同提供了一个完整的领域概述。
本文未涵盖的其他主题包括旋翼动态失速的气动弹性建模和动态失速开始的感测，以及关注更传统的计算和理论进展的其他领域。
传统上，动态失速被定义为当气流分离，然后随着俯仰角(迎角)在升力面(如机翼或机翼)上谐振而重新附着的非定常现象转子叶片。在许多情况下(例如，在向前飞行的旋翼上)迎角大幅度周期性变化，因此在动态失速之后，叶片向下倾斜，气流重新附着。

下面的许多例子都符合这个概念。在本文中，动态失速被概括为以下过程非定常流升力面上的分离有效迎角大于静态失速角。
由于叶片间距(即叶片的运动)或相对流速和/或方向(例如遭遇阵风或叶片-涡流相互作用)的变化导致表面(即机翼、叶片或板)的有效攻角快速增加，因此流动分离以及失速可能会延迟。
流动重附着是一个复杂的过程，本身就吸引了很多研究因此，出于当前工作的目的，以下章节将主要关注气流分离和失速的过程(以及由此产生的气流现象和叶片载荷)，而不是再附着和恢复。
多年来，动态失速通常以多种方式进行分类。其中最常见的是区分光和深的动态失速。这些描述符通常用于强调失速的“数量”。一般来说，如果一个投手机翼以高振幅螺距变化驱动，将会有一个迎角范围，在这个范围内动态失速首先发生，振幅的增加导致俯仰力矩峰值的增加。这个“光失速”区域对输入条件的微小变化也相对敏感。

如果振幅进一步增加，失速引起的力不再继续增加，空气动力学对输入条件的微小变化变得相对不敏感。这种"深度失速"区通常与"轻度动态失速"区没有明显的区别，文献中对这种界限的定义也各不相同。
大多数分类是基于流动分离的程度和范围。基于潜在的物理机制和失速开始时间的区别由下式提出。当振荡翼型在达到最大攻角之前发生动态失速时，流动和力响应显示出深度动态失速的一般特征。

在达到动态失速起始迎角之前，俯仰速率的符号反转的情况被认为是轻度动态失速情况。同样的，后缘失速和前缘失速用于描述动态失速的进展。俯仰厚翼型(或者有时薄翼型如果俯仰速率足够慢)通常显示从后缘向前缘增长的分离区域。
这导致失速发生前升力出现相对平缓的峰值。这种“后缘失速”可以与“前缘失速”形成对比，在“前缘失速”中，分离区从前缘开始增长，而后缘附近的流动保持(暂时)附着。
在这种情况下，薄翼型、前缘更尖的翼型或俯仰更快的翼型会发生气流分离，气流分离会在短时间内发生，并导致更突然的失速。逆流动态失速是一种相对罕见的现象，发生在以高前进比运行的旋翼上。在这种情况下，相对自由流从典型的尖锐几何形状的叶片后缘移动到典型的钝的几何形状的前缘。

在反向流动中，尖锐的气动前缘通常会导致快速的气流分离，从而导致前缘失速。通过PIV测量显示，OA209翼型具有前缘失速，但提升历史介于其他两者之间。
动态失速可能发生在转子半径，使当地的自由流马赫数从不可压缩到高亚音速可压缩。压缩性影响，这可能会发现在自由流速度低至M∞=0.2，已经观察到改变动力机制失速，并降低动态失速开始时的非线性升力峰值。
卡尔和钱德拉塞卡拉发表了一篇关于动态失速压缩性的综述，进一步阐明了这些影响。

如果转子叶片穿过尾流、涡流区域(例如，从前面的叶片脱落)或湍流空气，则空气动力攻角可能由于周围环境而不是叶片本身的任何特定运动而突然改变。在这些情况下尾流摄入或者叶片-涡流相互作用即使物理迎角相对恒定，动态失速也可能发生。
这种类型的相互作用对于高载荷旋翼或转弯飞行中的旋翼来说是相对常见的，并且也是结构载荷的主要原因声发射。
这些术语形成了共同语言的基础，该共同语言将用于在以下示例中讨论特征流动现象和相关的力响应，这些示例的范围从三维的，高雷诺数标称二元低雷诺数俯仰翼型的飞行试验测量与飞行有关的气流的最直接的方法是用仪器测量飞行器。
飞行试验可以提供非常宝贵的数据，但是成本高，并且测量分辨率通常比实验室中可能的要低。
参考文献
《旋翼动态失速综述》

来源：http://www.yidianzixun.com/article/0p2giAed
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