梯形翼风洞试验模型数值模拟技术

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1、航空学报ActaAeronauticaelAstronauticaSinicaApr252016V01．37No．41159-1165ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：Ehkxbbuaaedu．cnhkxb@buaaeducnDOI：10．7527／S1000—6893．2015．0226梯形翼风洞试验模型数值模拟技术王运涛1’*，李伟1，李松2，孟德虹11．中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，绵阳6210002．中国空气动力研究与发展中心空气动力国家重点实验室，绵阳621000摘要：基于雷诺平均Navier—Stokes

2、(RANS)方程和结构网格技术，采用二阶空间离散精度的MUSCL格式，并结合k-a)剪切应力输运(SST)两方程湍流模型和rR印转捩模型，研究了梯形翼风洞试验模型中前缘缝翼、后缘襟翼连接装置对气动特性的影响。简要介绍了本文采用的计算方法；介绍了梯形翼的风洞试验模型及风洞试验结果；在网格收敛性研究的基础上，采用“全湍流”方式和转捩模型研究了梯形翼试验模型连接装置对气动特性的影响。通过与不带连接装置的计算结果的对比，采用“全湍流”模拟方式，计算模型中考虑试验模型的连接装置引起升力系数下降、阻力系数下降、低头力矩减小以及失速迎角提前；通过与试验数据的对比，进一步

3、考虑转捩影响可以提高梯形翼风洞试验模型气动特性的计算结果与试验结果的吻合程度，梯形翼风洞试验模型失速迎角附近的气动特性数值模拟技术还需要进一步的研究。关键词：RANS方程；梯形翼；风洞试验模型；流场模拟；转捩模型；气动特性中图分类号：V211．7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)04—1159—07随着网格生成技术的不断进步和大规模并行技术的飞速发展，基于雷诺平均Navier—Stokes(RANS)方程的二阶空间离散精度数值模拟软件已经成为飞行器设计者手中最重要的设计工具之一。基于RANS方程的数值模拟软件已经在运输机巡航构型的气动设

4、计中取得了巨大的成功口。4]，但在运输机高升力构型的气动设计中发挥的作用依然非常有限[5。7]。针对高升力构型的计算流体力学(CFD)验证和确认活动始终是CFD研究的热点之一。其中，最具代表性的工作包括欧盟资助的两期欧洲高升力计划(EURO—LIFT)[8。93和美国应用空气动力学技术委员会(AATC)资助的两期高升力预测研讨会(HiLift—PW)[10一11]。HiLiftPw活动选择的研究模型先后包括了Trapwing梯形翼高升力构型和DLRF11高升力构型。在HiLiftPW一1的研讨活动中，梯形翼风洞模型的前缘缝翼、后缘襟翼的连接装置对气动特性的

5、影响是组委会要求的3个研究工况之一。由于带前后缘连接装置梯形翼构型的复杂性，在最后提交组委会的36组计算结果中，只有7组计算结果完成了该工况的数值模拟，文献[11]总结了采用OVERFLOW、TAU、Power—FLOW、EDGE和TAS等5种软件计算带连接装置的构型的7组计算结果。其中，OVERFLOW软件采用了重叠网格技术、PowerFLOW采用了笛卡儿网格技术，其他软件则采用了非结构网格技术。研究表明，与不带连接装置的数值模拟结收稿日期：2015．06．25；退修日期：2015—07—22；录用日期：2015·08-07；网络出版时间：2015·09

6、-0114：29网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929．V201509011429．014．htmI基金项目：国家“973”计划(201408744803)*通讯作者Tel：0816-2463015E-mail：ytwang@skla．cardcca}

7、用格武：I运涛．李伟．李松．等梯形翼风洞试验模型数值模拟技术￡Jj．航空学报．2016．37(4)：1159·1165．WANGYT．LIW．LIs，efa1．Numericalsimulationoftrapezoidalwingwindtunnelmodel[J]Act

8、aAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(4)：1159．¨65i1160航空学报Apr．252016V01．37No4果相比较，计算模型中考虑连接装置会引起升力系数下降、低头力矩减小，而对阻力系数的影响则不确定。小迎角情况计算结果之间差异很小、失速迎角附近计算结果之间差异明显，并指出转捩模型对计算结果可能有影响。文献[Iz一13]详细介绍了采用OVERFLOW软件和重叠网格技术研究前后缘连接装置对梯形翼气动特性的数值模拟结果，计算结果中还包括了固定转捩和自由转捩的影响。研究表明计算模型中考虑连接装置和转捩影响能够提

9、高中等迎角下气动特性的计算结果与试验结果的吻合程度。本文在前期研究