C形机翼气动特性研究

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1、C形机翼气动特性研究杨广垢"，张彬乾2,孙静彳（1.西北工业大学国防科技研究院，陕西西安710072；2.西北工业大学航空学院，陕西西安710072）摘要:木文研究翼梢几何参数对C形机翼气动性能影响。采用NS方程数值模拟方法，以DLR-F4外形为设计初始布局，在机翼主翼不变、垂直翼梢和水平翼梢与主翼同等后掠、垂直翼梢高度为主翼20%半展长条件下，通过调整翼梢水平段长度参数，研究不同的C形构熨对C形翼气动性能的影响规律及其流动机理。关键词：C形机翼，翼梢，流动T扰，旋涡中图分类号：V211.3文献标识码：A

2、0引言为适应21世纪的军民用空中运输需耍，人们正在积极探索经济性、适用性更好的人型运输机新概念气动布局，如飞翼布局、连翼布局、盒式机翼布局等，这些新概念布局主耍着眼于高升阻比、人载重罐的气动性能设计。机翼是飞机的主要升力而，机翼的气动设计仍是E机气动布局设计的核心。亚音速匕行状态下,机翼的诱导阻力约占全机总阻力的1/3强,爬升阶段更可高达1/2,因此，在积极发展高升阻比的层流、超临界翼型的同时，发展减小诱导阻力的机翼外形始终是大型飞机气动力设计的努力方向。随着飞机总体设计技术的发展和对流动机理研究的深入，

3、利用部件Z间的流动干扰、实现流动控制减小诱导阻力、提高升阻比、增加稳定性、改善飞行品质成为气动布局研究的热点。降低机翼诱导阻力的方法n前主耍是对翼梢进行气动优化设计，已冇多种翼梢外形获得成功应用，如翼梢端板、翼梢小翼、翼梢帆片、剪切翼梢等。木文所研究的c形机翼是基于控制常规机翼翼梢涡的概念，在机翼翼梢增加垂直段和水平段，构成形似英文字母的机翼外形，利用翼梢段各部分z间的流动十扰，提高机翼升阻比，探索气动性能优良的新型机翼气动外形。1研究模型本文讨论不同翼梢水平段t度对C形机翼布局气动特性的影响。以DLR-

4、F4标模外形为设计初始布局，该标模机翼前缘后掠角27.1°,后缘内侧有拐折。各研究模型釆用F4标模机身,以F4标模机翼为主翼构成研究布局，翼梢垂直段和水平段均相同后掠、等弦向长度，弦长为主翼翼梢处弦长。其中，翼梢垂直段翼型选择为NACA0012,翼梢水平段翼型选择为主翼梢部翼型。各研究模型的翼梢垂直段相同，垂直于飞机水平面，高度为主翼的20%半展长。由于翼梢水平段与主翼的相对长度由零变化到100%的半展长，因此，零长度嵬梢水平段的研究模型对视为翼梢小翼布局，100%半展长翼梢水平段的研究模型可视为盒式翼布

5、局。研究模型示意如图1所示。图1C形机翼研究模型示意图本文屮，各研究模型参考面积均取DLR-F4标模机翼参考面积。2计算方法本文采川成熟的流体数值计算软件CFX对各研究模型进行计算分析，控制方程为3DnJ'压N-S方程，湍流模型采用RNG的£・£模型，利用有限休积法将控制方程离散，对流项采用二阶迎风差分格式进行推进求解。计算采用的非结构网格由ICEM软件生成，对各布局外形，采用札I同的网格密度划分。计算边界条件：物而为无滑移条件，远场为自山流条件，计算残差收敛梢度为10化图2为表而及空间非结构网格示意图。

6、(a)表而网格(b)翼身结合处表面网格放大可信的。(c)空间网格图2网格示意图—DLR-F4a(°)83结果与讨论对DLR-F4标模外形进行数值计算，计算条件：雷诺数Re=3.0X106,马赫数M=0.75,迎角a二0。〜6°。计算结果如图3所示。与实验值⑸比对，证明本文计算方法和手段是满意、图3DLR-F4气动特性计算结果分别计算了翼梢小翼、20%〜80%(每20%—间隔)水平翼梢长度的C形机翼、盒式翼等布局的气动特性，各布局升阻比比较如图4所示。0123456图4不同研究模型的升阻比可以看出，20%半

7、展长翼梢水平段的C形翼在巡航迎角附近具有最佳的升阻比，其升阻比较盒式机翼提高达10%以上；40%半展长翼梢水平段的C形翼布局少翼梢小翼布局的升阻特性接近，翼梢小翼布局在0〜2度迎角范

8、韦

9、内也具有较好的升阻特性。计算结果表明：40%以下翼梢水平段的C形机翼貝有较好的升阻特性，采用较应翼梢水平段长度的C形翼布局，可获得校大的全机升阻比。鉴于此,本文增加计算了10%、30%半展长翼梢水平段C形翼布局的气动特性。各布局气动特性比较如图5所示。1.4Cl1.20.80.660O40%C—4—30%C-M—20%C

10、—♦—10$C驱梢小代2340.4(a)升力特性o123456高向压力系数低的区域的流动构成遮挡。这与翼梢小翼对机翼的流动影响相类似，可以在一定程度上降低诱导阻力。在C形翼翼梢水平段所处高度不变、机翼各部掠角不变、无反角和安装角情况下，20%半展长的C形翼梢水平段接近处于最佳的相互干扰位置。在主翼流动部分，由于垂肓段起到了类似翼梢小翼的作用，对主翼下表血向上表面的绕流构成遮挡，初步降低了诱导阻力；而20%半展长的水平段梢部拖出