临近空间螺旋桨低雷诺数高效翼型数值分析

《临近空间螺旋桨低雷诺数高效翼型数值分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第42卷第5期2012年9月航空计算技术AeronautiealComputingTechniqueV01．42No．5Sep．2012I临近空间螺旋桨低雷诺数高效翼型数值分析李国强，聂万胜，程钰锋，车学科(装备学院航天装备系，北京101416)摘要：针对临近空间翼型边界层变厚更容易发生分离的特点，在修正了湍流模型后，通过分析比较13种低雷诺数翼型的升阻系数得到了比较适合用于临近空间螺旋桨叶素的高效翼型。结果显示，攻角在一6。～80、80一140、14。～22。三种工况下，分别采用SSTk—cc，、RNG七一g、Realizablek—s湍流模

2、型，可以得到与国外实验比较接近的合理结果；工况条件对翼型气动性能好坏的影响很大，翼型S一1223和FX63—137在所研究的工况内都具有较好的气动性能；因此可以选择这两种翼型作为临近空间螺旋桨用高效翼型。关键词：临近空间；低雷诺数翼型；湍流模型；边界层；数值仿真中图分类号：V2文献标识码：A文章编号：t67l一654X(2012)05—0046—05NumericalAnalisisofLowReynoldsEfficientAirfoilinPropellerinNearSpaceLIGuo—qiang，NIEWan-sheng，CHENGY

3、u-feng，CHEXue—ke(DepartmentofSpaceEquipment，TheAcademyofEquipment，Beijing101416，China)Abstract：Theairfoilssuitforscrewpropellerbladeelementinnearspacehasbeenchosenbythecompa—ringanalyzethelift—drag，coefficientof13lowReairfoilsbasedonnumericalstudy。Theprocessofboundarylayerfl

4、owseparationwillexpediteinnearspaceandtheturbulencemodelhasbeencorrectionforthethickboundarylayer．Theresultsshowsthat，thereasonablenumericalresultswillbeobtainedbytheSSTk一甜，RNGk～s，Realizable是一占turbulencemodelin一6。～g。，8。～14。，14。～22。workingcondition，respectively．Theaerodynamic

5、characteristicoftheairfoilswillchangewhentheworkingcondi—tionchange．TheaerodynamiccharacteristicoftheairfoilS一1223andFX63—137isgreatinallconditionsofthispaper，SOthesuitableairfoilforpropellerbladeelementinnearspaceisS一1223orFX63—137．Keywords：nearspace；lowReairfoil；turbulence

6、model；boundarylayer；numericalsimulation引言螺旋桨作为临近空间飞艇动力的来源之一，近年来成为国内外研究的热点问题之一。由于临近空间大气稀薄空气密度小，且螺旋桨的前进速度较小，所以临近空间螺旋桨具有桨叶雷诺数低、气动效率低的特点¨j。因此，选择适用于临近空间低雷诺数环境的高效翼型是临近空间螺旋桨设计的关键环节。目前，大多数可选用的常规翼型均为了满足高雷诺数大于107而设计的，它们的最大升力系数普遍偏低，特别是在低雷诺数小于105这些翼型将出现层流分离泡心J，升阻比降低严重影响翼型的气动性能。国内北京航空航天大

7、学的刘沛清教授和马蓉搏士开展了临近空间飞行器螺旋桨低雷诺数高升力翼型综述研究∞J，国外伊利诺斯州大学的MichaelSSelig教授研究了大量的低雷诺数翼型‘4。5J。但目前针对临近空间螺旋桨低雷诺数高效翼型的研究还不多见。临近空间翼型周围流场边界层变厚，更容易发生分离，边界层流动更为复杂。基于此，本文首先对翼型不同来流条件下边界层网格尺寸分别进行了计算和加密处理，然后通过计算结果与实验结果的比较，得到了SSTk一03'、RNG壳一g、Realizablek一占三种湍流模型各自的适用工况；最后比较了临近空间环境下13种典型低雷诺数翼型在不同速度

8、和攻角下的气动性能，得出了在本文研究的所有工况内都具有较好气动l生能的翼型。本文的研究结果可为临近空间螺旋桨的设计提供参考。1数学模型1．1控制方程对