OWN_机翼布局升力特性研究

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1、第40卷第3期2010年5月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．3May．2010OWN一机翼布局升力特性研究王稳江，王正平(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：研究OWN(Over．the—WingNacelle)对机翼升力特性的影响。通过对OWN和机翼组合体的气动数值模拟，给出环量(升力)沿机翼展向分布，结合机翼剖面上下翼面压强分布，分析了OWN对机翼的影响；通过对比研究分析了OWN的不同安装位置对机翼升力特性的影响。研究结果表明，可以作为类似的发动机短

2、舱置于机翼上方布局设计参考。关键词：Over．the．WingNacelle；机翼；数值模拟；环量分布；上下翼面压强分布中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)03．0057．04引言未来大型运输机发展趋势对装载空间有更高的要求，常规布局只能通过增大机身的方法来满足这一要求，但过大的机身给结构、气动等诸多方面带来不利影响，于是设计师们开始寻求能够更好地迎合未来发展趋势的布局型式，如翼身融合布局(BlendedWingBody)，双机身布局(Bi—fuselage)等，新的布局型式带来新的

3、发动机短舱与机翼布局设计。图1BWB布局方案图2Bi．fuselage布局方案发动机短舱与机翼综合设计是一项非常复杂，同时也是极具挑战性的工作，无论是短舱外形设计还是布置位置都会对飞机的气动特性有重大的影响。从飞机设计史的角度来看，设计者们提出的翼吊式和尾吊式短舱布局型式已经为常规布局总体综合设计提供了解决方案，而对于翼身融合布局和双机身布局，提出另一种短舱布置型式——将短舱挂载在机翼内翼段(或翼身融合体)上面(Over-the．WingNacelle，OWN)(如图1，图2)。目前除了对飞机性能有特殊要求如短距起降、水上作

4、业等外，OWN应用的例子甚少，世界上比较著名有FokkerVFW614、波音的YC一14、俄罗斯的BerievBe一200、日本的ASKA，还有就是近些年日本本田公司推出的商务机HondaJet，这也说明OWN仍未取得历史性的成熟¨J。本文将OWN布局中的机翼与发动机短舱抽离出来，针对布置在机翼内翼段的OWN对根部融合了驾驶舱的机翼的升力特性的影响，通过数值模拟手段，从环量沿机翼展向分布角度出发，进行了研究和分析。l环量沿机翼展向分布1．1机翼剖面环量：在恒定的飞行状态下，可以认为机翼剖面处于定常、理想、不可压流中，根据库塔

5、一儒可夫斯基定理得到机翼剖面所产生的升力y与其环量厂之间的关系：y=∥。厂(1)其中，p为当地空气密度，口。为远处来流速度，厂为由库塔一儒可夫斯基后缘条件确定的绕翼型的速度环量。1．2机翼剖面压强分布根据机翼剖面的上下翼面压强分布(如图3)，该剖面的升力系数cf可通过积分求得：lcz=f(Cp下一Cp上)dx白几何意义：机翼剖面升力系数cf为上下表面压强分布曲线的包络面积。推广到弦长为c的机翼剖面，升力系数：10Gz=寺f(q下一cp上)dx(2)收稿日期：2009—11．12作者简介：王稳江(1985一)，男，浙江东阳人，

6、硕士研究生，研究方向为飞行器总体设计。·58·航空计算技术第40卷第3期或J(q下一q上)dx=Cl‘c(3)b将机翼剖面升力系数定义式代入(2)得到绕弦长为c的机翼剖面速度环量为：F=等，(％一％)dx对于恒定飞行状态，13。为常值，即：F《J(q下一Cp上)dxO．5O．4O．330．2O．10．0-0．10．0o．20．40．6081．0厂“一一～C一二，二二=。一、～i～⋯一’。图3机翼剖面压强分布2数值模拟针对OWN机翼组合体外形和流动现象的复杂性，采用非结构直角坐标网格技术，给出封闭的OWN一机翼组合体表面网格，

7、自动生成空间笛卡尔网格。本文主要研究的OWN对机翼升力特性，受粘性影响小，采用求解计算收敛速度较快的无粘Euler方程。三维控制Euler方程：知咖+ffF刊s=o其中，'f2为计算控制体体积，．s为控制体表面面积，厅为表面法向单位矢量，w代表控制体守恒量，F是对应的通量密度。引入两个理想气体状态方程，封闭方程组：p=(y—1)[pE一譬(u2+口2+∞2)]H=E+p／p式中y为理想气体比热比。对Euler方程经过有限体积法空间离散，采用Runge．Kutta方法在每一个网格单元上形成一个关于时间的一阶常微分方程组进行时间

8、离散及推进[3J。对于恒定的飞行状态，设定无量纲化边界条件：其中P。，P。，秽。，M。分别为边界来流密度，压强，速度，马赫数；or为来流迎角。3计算结果分析3．1计算结果D．E．Reubus在对OWN的研究中已经得出：当短舱离翼面的高度大于1倍短舱出口直径时，短舱安装位置高度增加不大时，带