大型民机翼型变弯度气动特性分析与优化设计

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252016V01．37No．3790．798ISSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．eduon大型民机翼型变弯度气动特性分析与优化设计梁煜*，单肖文中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心，北京102211摘要：为了提高飞机巡航过程中升力系数、马赫数变化后的气动效率，大型民用运输机开始采用机翼变弯度技术。以典型远程宽体客机翼型为例，研究了翼型后缘变弯度对气动性能

2、与压力分布的影响。利用代理模型建立了不同巡航设计工况下，翼型后缘弯度与气动性能的关系。以此为基础，提出了基于代理模型的大型民机翼型变弯度设计优化方法。算例研究表明，在给定巡航升力系数与马赫数下，该方法可以预测出翼型的最佳弯度，从而改善非设计点气动性能。该方法对大型民机机翼变弯度构型设计工作有一定的工程意义。关键词：超临界设计；翼型；激波；运输机设计；变弯度；代理模型；抖振中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)03—0790—09大型民机通常采用阶梯巡航的方式，其巡航升力系数是在一定范围内变化的

3、。此外，由于受到航路管制、大气环境的影响，飞机也并非严格按照设计巡航状态飞行。上述因素使得大型民机常会出现马赫数和升力系数偏离设计点的情况。大型民用飞机最重要的一个设计指标就是巡航升阻比。在气动设计中，对于固定巡航构型的飞机，虽然可以通过采用多点多目标优化设计在一定程度上兼顾非设计点的升阻比性能口_5]，但受构型本身固定的限制，偏离巡航设计点后的升阻比并不能保持最优值。美国早在20世纪70年代就开始了机翼变弯度研究，并发现通过前后缘变弯度可以显著改善跨声速抖振特性，并可在较低速度时减少配平阻力[6]。在20世纪80年代至20世纪

4、末，美国和欧洲一些国家的研究机构开始关注机翼变弯度在大型民用运输机上应用可能带来的收益[71⋯。其中NASA得出如果所有后缘装置都能实现变弯度的话，可以在整个飞行包线的几乎所有点实现显著的减阻效果：在非标准飞行条件下，简单后缘变弯度(TrailingEdgeVariableCamber，TEVC)可以实现10％的收益；在巡航条件下可以实现1％～3％的收益。近年来，随着民机竞争的日益激烈，开始在最先进的远程宽体客机上采用机翼巡航变弯度设计，如Boeing787和空客A350。Boeing787采用了机翼后缘变弯度设计，所减少的巡航

5、阻力等效于节省约340～450kg的质量。空客A350机翼综合了巡航变弯度、载荷控制、增升功能[11

6、。此外，波音公司联合美国NASA还在为未来民用运输机N+3计划发展连续后缘襟翼可变弯度技术，该项技术比现有变弯度技术具有更大的发展潜力[12-15]。从公开文献看，国内开展的变弯度相关研究工作并不多，主要集中在变弯度机构的实现机理[161以及初步的变弯度翼型气动特性分析[173方面，针对大型民机超临界机翼变弯度的研究较少。收稿日期：2015—02-02；退修日期：2015—06—09；录用日期：2015—08—03；网络出版时间

7、：2015—12-2113：22网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20151221．1322．002．htmI*通讯作者．Tel．：010-57808829E-mail：liangyu@oomac．CC予l用格式I梁煜，单肖文．大型民机翼型变弯度气动特性分析与优化设讨[J]．航空学报，2016，37(3)：790—798．LIANGy，SHANXwAerodynamicanalysisandoptim#at『Dndesignforvariablecamberairfoilofci

8、viltransportjel￡正．ActaAeronauticaetAstronauticaS衲

9、ca，2016．37(3)：790．798．梁煜，等：大型民机翼型变弯度气动特性分析与优化设计本文以大型民机超临界翼型为基础，着重研究了后缘变弯度对超临界激波形态、升阻特性、阻力发散特性、抖振特性等气动特性的影响。在此基础上，为了准确获得巡航过程中不同工况下翼型后缘的最佳弯度，本文提出了基于代理模型技术的超临界翼型后缘变弯度优化设计方法。1典型宽体客机翼型变弯度分析为了分析后缘变弯度对翼型气动特性的影响，以典型的超临界翼型为基本构

10、型，在距离后缘30％的弦向位置，绕定轴进行变弯度，如图1所示，弯度偏角用△删。。。。表示，后缘下偏为正弯度偏角。后缘上偏为负弯度偏角。Negativecamber——————————————、．。L—工一—。囊Posltl、,ecamber，罔1超临外翼，到后缘