近年来,随着材料、电子、微型器件等方面的研究进展和三维非定常流动机理研究的深入,产生了将空气动力学、材料和控制等多个学科综合起来的先进主动流动控制技术。该技术在飞行器减阻、增升、提高机动能力、降低噪声辐射、控制分离和操纵微型飞行器等许多领域都存在着巨大的应用潜力,已成为当前流动控制研究的热点。但研究成果不多,进展缓慢,而采用MEMS微致动器阵列进行流动控制,开创了主动流动控制的一条新思路。 本文以MEMS微致动器阵列实现三角翼滚转控制为目标,研究了微致动器进行三角翼宏观机动控制的实现机理,对其进行了有限元建模和CFD仿真分析,借此实现了微致动器几何参数及其阵列排布的优化设计。结合风洞试验,验证了设计以及相关仿真技术的有效性。 首先,结合空气动力学中的壁面边界层控制原理以及三角翼在中等攻角条件下的气动特征,讨论了微致动器阵列通过与三角翼前缘边界层的耦合效应和三角翼产生滚转力矩的机理。在此基础上,对微气泡致动器的结构尺寸和排布方式进行了初步设计,得到了初始模型。 其次,根据微致动器工作状态下气泡变形尺寸和形状,利用计算流体力学软件GAMBIT建立了微致动器阵列一三角翼系统的简化实体模型。选用湍动能一耗散率湍流模型,运用FLUENT软件对致动器阵列作用下三角翼流场进行了数值模拟,得到了在不同几何尺寸不同排布方式的微致动器阵列的作用下三角翼滚转力矩变化曲线。据此,得到了微致动器几何参数及其阵列排布的优化设计方案。 最后,在低湍流风洞进行了微致动器-三角翼系统的吹风实验,验证了致动器阵列对三角翼绕流的操纵能力和控制方案的可行性。