中文摘要：

边界层内引入条带控制转捩是近几年提出的新思想。现有的研究表明条带对转捩边界层T-S波本身具有抑制作用，但对其二次不稳定等后续扰动发展影响非常复杂，不同的条带条件可能导致完全相反的转捩控制效果,目前这些问题尚不清楚。另一方面，文献中常采用的粗糙元方法难以生成大振幅条带，限制了其作用的发挥。本项目对此问题进一步开展流动机理和转捩控制实验研究，实验拟在水洞中平板边界层上进行。我们新近发展的展向等间距斜孔抽吸的方法能够生成高质量的大振幅稳定条带，同时利用人工激发T-S波实现转捩，利用氢气泡法和激光片光技术观测条带对转捩过程特别是后续二次不稳定引起的Λ结构及发卡涡的形成和发展的影响；利用热膜测速技术测量整个转捩过程中扰动的增长。分析条带展向间距、振幅等参数对扰动增长的影响，从而找到能够抑制转捩的条带条件。最后在自然转捩边界层中验证条带控制转捩的效果，探索实际工程应用的可能性。

结论摘要：

延迟边界层转捩是减小航行器摩阻的重要措施，上游引入稳定条带是近几年提出的延迟边界层转捩新思想，对其中的影响机制和参数影响的认识还远不够。此外如何生成大振幅稳定条带来提高控制效果也是一大问题。本项研究在成功发展了一种生成大振幅稳定条带方法的基础上，利用氢气泡时间线法和PIV测量技术，基于人工激发转捩平板边界层，系统研究了条带对转捩控制的影响机制和参数影响，并进一步尝试了条带控制自然转捩的效果，为该转捩控制技术的工程应用奠定基础。主要结果（1）展向离散抽吸方法是一种较为理想的条带生成方法，在无量纲条带波数为0.45条件下，能够生成的稳定条带的最大振幅高达28.4%U，远高于相同条件下现有粗糙元方法能够生成的稳定条带最大振幅（12%U）。（2）条带对转捩的控制效果取决于其对T-S波和二次不稳定发展的综合影响。对于前一种影响前人已有明确结论，第二种影响尚无实验结果。本研究通过在转捩过程线性不稳定区后缘施加足够大振幅T-S波直接激发流动二次不稳定，找到一条观测条带对二次不稳定影响的有效途径。实验结果证实窄条带会抑制二次不稳定的发展；宽条带却会促进其发展。（3）条带控制转捩的参数影响研究包括了条带宽度和振幅、引入激发转捩的T-S波的初始振幅和频率等。结果表明在引入T-S波频率不变条件下，对于小振幅T-S波（弱扰动）激发的转捩，上游施加宽/窄条带都起抑制作用；对于大振幅T-S波（强扰动）激发的转捩，窄条带起抑制作用，宽条带起促进作用。条带振幅增大，控制效果增强，但不会改变控制效果的性质（即抑制或促进转捩）。在T-S波频率影响实验中发现条带结构与转捩过程发卡涡的耦合现象。T-S波频率的变化会改变区分宽/窄条带的条带宽度阀值、以及区分强/弱T-S波扰动的振幅阀值，二者都随T-S波频率的增加而减小。表明宽/窄条带和强/弱T-S波扰动的划分是相对的，与 T-S波频率有关。（4）通过加长实验平板（增大Re数）实现边界层自然转捩，在此基础上测试了条带对自然转捩的控制效果。自然转捩过程中扰动发展形式与人工激发转捩相比有明显不同，扰动发展过程中一直未能观测到明显的T-S波和发卡涡结构，主要表现为流动紊乱化的时空增长即间歇因子沿流向逐渐增大的过程。即便如此，实验施加的两种宽度的稳定条带仍明确表现出对转捩的抑制作用。