翼型波浪水面巡航地面效应数值模拟

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1、2011年3月北京航空航天大学学报March2011第37卷第3期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVol．37No.3翼型波浪水面巡航地面效应数值模拟秦绪国刘沛清屈秋林(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要:数值求解非定常不可压缩流动的雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程和标准k-ε湍流模型，用VOR(VolumeOfFluid)方法模拟波浪水面，模拟了NACA2410翼型在波浪水面上方飞行的流场．研究了余弦波浪水面的生成方法，选取合适的计算网格和时间步长，

2、避免了在生成规则余弦波浪水面时由于数值耗散使波面形状衰减．比较了固壁波浪与水面波浪计算结果的差异，发现固壁波浪的结果更接近余弦曲线分布．研究了波浪等级对翼型气动性能的影响，分析计算结果发现:在规则的余弦水面波浪上方飞行，翼型气动力呈现周期性，给出了一个周期内气动力的变化过程，以及波长和波幅对气动力平均值和波动幅度的影响规律．关键词:地面效应;波浪水面;数值模拟;流体体积函数方法;气动性能中图分类号:V211．4文献标识码:A文章编号:1001-5965(2011)03-0295-05Numericalsimulationonaerodynamicsofairfoil

3、flyingoverwavywatersurfaceQinXuguoLiuPeiqingQuQiulin(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract:AerodynamiccharacteristicsofanairfoilNACA2410inflightbeingclosetowavywatersurfaceareinvestigatednumerically．TheReynold

4、averageNavier-Stokes(RANS)equationofunsteadyincompressibleflow，thestandardk-εturbulencemodelandvolumeoffluid(VOF)methodweresolved．Appropriatemeshandtimestepwereusedtoavoidthedistortionofregularcosinewavysurface．Thedifferenceofthesolidwallofwaterwavesandwatersurfacewavewascompared．There

5、sultsofthesolidwallareclosertothecosinecurvedistribution．Theaerodynamicforcesoftheairfoilareperiodicwhenitfliesovercosine-shapedwatersurface．Thevariationoftheaerodynamicforcesinoneperiodispresented．Theeffectofwavelengthandwaveamplitudeonmeanandamplitudevaluesofaerodynamicforcesisprovid

6、ed．Keywords:groundeffect;waterwave;numericalresearch;volumeoffluid(VOF)method;aerodynam-iccharacteristic地面效应是指当飞行器接近地面飞行时，由起气动力的非定常变化;波浪运动引起的水面上于地面的阻塞作用，将机翼下方来流的动压转变方空气扰动对气动力的影响;机翼下方的压力迫为静压，引起飞行器升力增加的现象．地效飞行器使波浪的形状发生改变，气流场和波浪水面的耦是一种利用地面效应提供升力飞行的高速运载工合作用，使气动力发生改变．综合以上因素，地效［1－2］具．为了避免过多的

7、越障飞行，地效飞行器通飞行器在水面巡航时的气动性能会受到水面波浪常在广阔的水面上飞行．在自然界的水面上，通常很大的影响，因此研究地效飞行器波浪水面上方会有波浪存在，对地效飞行器的气动性能产生很巡航的气动特性是十分必要的．大的影响．其中主要影响因素有:水面波浪形状引一直以来，地效飞行器的数值模拟都是研究收稿日期:2010-01-06基金项目:国家973重点基础研究发展计划(2009CB72400101);“凡舟”青年科研基金(20090504)作者简介:秦绪国(1982－)，男，山东青岛人，博士生，qinxuguo@ase．buaa．edu．cn．296北京航空航