机翼曲面成型技术对气动特性影响的研究

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1、第40卷第2期2010年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．2Mar．2010机翼曲面成型技术对气动特性影响的研究王波，白俊强，黄江涛，朱军(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：增升减阻一直是空气动力设计工作者追求的目标。机翼设计是飞机气动设计的核心，而机翼控制剖面间过渡方式是机翼设计中十分有效的增升减阻措施。首先对飞机翼根两剖面没有添加约束的杌翼外形进行了详尽的气动分析计算，针对分析结果出现的问题，重新确定了设计思路和方案。探讨了在翼根两剖面翼型和位置都不变的情况下两翼型之间的过渡对机翼气动性能的影响，

2、研究了如何过渡才能改进飞机的气动特性，最后将三种配置的设计结果进行了对比，获得了翼根曲面过渡几何参数影响的初步规律。对比结果表明，以加入过渡约束的上凸与线化过渡的结果取得了十分理想的改进结果。关键词：机翼；升阻比：气动设计中图分类号：V211．3文献标识码：文章编号：1671．654X(2010)02．0049．04引言现代飞机机翼的外形曲面一般是单曲度的，它是以几个基准翼肋切面外形(即翼型)为控制曲线，在基准翼肋外形之间用各种样条曲线为母线过渡形成单曲度曲面⋯。这种方法现在广泛应用于飞机制造领域中，但是，这种制造方法并不能很好地对飞机外形进行精细控制，机翼制造误差的存在导致

3、了制造外形与设计外形的偏差，这样就不能反映设计外形的特点，严重影响了飞机的设计气动特性，尤其是升阻力特性，使飞机偏离原设计点。影响飞机性能。飞机方案设计阶段，迫切需要一个能够快速评估、计算不同参数组合的翼身组合体基本气动力特性的分析平台旧J。为满足这一实际工程设计需要，本文提出运输类飞机成型技术对气动特性影响的具体研究方法，结合运输机气动布局设计的基本准则，应用计算机图形学进行辅助设计，利用丰富的曲线描述复杂的翼身组合体外形【3]，实现了从总体方案设计到数值模拟的过渡，并结合具体算例验证了方法的可行性和工程实用价值。1几何参数影响1．1研究模型与方法本文对跨声速运输机机翼控制

4、剖面过渡方式的不同所造成的气动特性的影响进行了对比研究，设计点为巡航状态，巡航高度为1I280m，设计巡航马赫数0．785。机翼采用内外翼布置，机翼参考面积为1261112，机翼剖面所选用翼型和内翼长度都已前期设计固定。前期根据不同的设计思想进行了多个机翼的优化配置，当在配置各翼型剖面使这些参数都达到既定要求之后，采用相同翼型剖面，且翼型剖面位置相同，但却发现多次计算的结果阻力系数存在偏差，究其原因发现数学模型翼根翼型之间平面的过渡方式存在差异，为了考虑机身过渡方法的不同对机翼的气动干扰，现采用了三种根部翼型的过渡方式，分别为下凹过渡的Mod01，上凸过渡的Mod02和线性拉

5、伸的过渡的Mod03，对翼身组合体进行气动分析，下图为用CATIA对翼根两剖面不加约束生成翼根下凹曲面(如图l所示)。图1Mod01前视图1．2计算网格和计算方法计算网格单元数为250万，物面附近采用0型网格以保证物面附近的网格质量以及对附面层的描述，收稿日期：2009一08—27作者简介：王波(1984一)。男，河南内黄人，硕士研究生，研究方向为飞行器总体设计。·50·航空计算技术第40卷第2期图2为ICEM生成的网格。为了给出正确的比较结果，使三个数模的网格拓扑结构和网格数量保持一致，这样就消除了由于网格不同而引起的流场计算结果的差别，能够真实的反映物理趋势。根据硬件计算

6、条件和软件本身的特点，本文计算采用了基于RANS的求解器对流场进行模拟，并采用了SA一方程湍流模型对模型进行阻力发散马赫数的计算，主控方程和湍流模型方程在下面进行了简单介绍。图2模型的空间网格分布1．3基本方程1．3．1雷诺平均N．S方程采用三维非定常雷诺平均NS方程对流动进行数值模拟，其控制方程为：-妄fff,?av+儿F(”咒dS=ff：(Q3。聆dS其中Q=pPUp秽pwe，F(Q)·n=(V·n)ppupvlawe+p0n￡+plrl,yG(Q)·疗=百Mao(他G。+n，G：+他G3)Gl=[0，丁槲，丁叫，r艋，u丁搿+玎掣+w7材一奇，1TG2=【0，丁叫，丁"

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8、r。2肛(z‘：+加；)r声=Jr巧2p(埘y+tJ：)r。=驰，一争(叱+％+¨^％2枷，一知(H。+FyⅧ：)／7,：0，'％2枷：一争(M，+秽，+叱)肛=(／．tz+p。)考虑到理想气体有P=(y一1))(e一南(M2+口2+甜2))