多段翼型缝翼前缘结冰大迎角分离流动数值模拟

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb252017V01．38No．2SSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．educnhkxb@buaaeducn多段翼型缝翼前缘结冰大迎角分离流动数值模拟张恒，李杰*，龚志斌西北工业大学航空学院，西安710072摘要：应用基于ssT(Shea>Stress—Transport)湍流模型的IDDES(ImprovedDetayedDetachedEddySimulation)方法，对大迎角状态下多段翼型缝翼

2、前缘典型角状冰引起的复杂分离流动进行了数值模拟研究。采用后台阶流动标准算例和干净无冰多段翼型分离流动算例对数值方法的可靠性和适用性进行了验证。缝翼结冰状态下的数值模拟结果表明：来流迎角较大时，前缘角状冰将会导致结构相对稳定的流动分离泡产生，分离泡的非定常尾迹会对主翼前缘附近流场产生较为强烈的干扰，抑制了缝道流动的加速效应，使得缝翼增升效率降低。在失速点附近，由于分离泡回流强度随来流迎角而增长，同时脱落旋涡的输运方向逐渐向远离壁面方向偏移，使得尾迹影响区域范围和强度均有所增加。关键词：IDDES方法；多段翼型；结冰；分离流动

3、；湍流；旋涡；数值模拟中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)02520733—14现代大型客机在起飞和着陆过程中通常使用多段翼形式的增升装置，此时飞机飞行速度和高度相对较低，在过冷水滴条件下增升装置各部件前缘容易产生结冰现象。其中缝翼前缘结角状冰将导致多段翼最大升力系数显著下降，失速迎角大幅提前，对飞行安全造成严重威胁LlJ。目前关于该现象的流动机理认识仍然较为缺乏，当地流动特征变化与气动性能损失之间的关联性也并不明确。对于多段翼型而言，部件流场问的相互耦合作用较为紧密，而结冰导致的

4、分离流动被不同尺度旋涡的非定常运动过程和相互作用所支配[2。4]。因此，在大迎角状态下缝翼结冰引起的分离流动和旋涡输运过程将对多段翼型的整体绕流情况产生复杂的影响，相关数值模拟研究工作对湍流模拟方法的精度提出了较高的要求。目前，雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法常用于翼型和部件结冰后流动问题的分析研究。该方法对湍流脉动信息以时均方式加以完全模化，对于完全附着或小分离流动能够得到较为满意的宏观数值结果，但难以对复杂分离流动的细节特征及流动干扰现象进行合理描述。大涡模拟(LargeEddySimulation，

5、LES)方法通过引入某种过滤尺度，直接求解大尺度旋涡，利用亚格子应力模型模拟小尺度涡对大涡的影响；能够有效描述分离区域的湍流瞬时脉动情况。但该方法对计算资源的要求相对较高，并且对于近壁附着流动而言，边界层内部由小尺度、高频率的各向同性旋涡结构主导，一般需要构造合理的壁面模型，因此该方法的应用广泛程度仍较为有限。DESc5](DetachedEddySimulation)类方法结合了RANS方法和I．ES方法的特点，一定程度上能够兼顾分离流动的计算精度和求解效率，近年来得到了快速发展。现有的研究工作叩。80表明DES类方法能

6、够较为有效地描述单段翼型结冰后收稿日期：2016—08—31；退修日期：2016—09—26；录用日期：2016—11—03；网络出版时间：2016—11-2114：39网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail门11929V201611211439002．html基金项目：国家“973”计划(201508755800)；国家自然科学基金(11172240)；航空科学基金(2014ZA53002)*通讯作者E-mail：lijieruihao@163com引用格武：张恒，李杰，龚志斌．多段翼型缝翼韵缘结冰大

7、迎角分离流动数值模揪!JI航空学报．2017，38(2)：520733ZHANGH，L

8、J，GONGZB，Numericalsimulationofseparatedflowaroundamulti-elementairfoilathighangleofattackwithicedslati以．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017．38(2)：520733÷520733—1航空学报流场的分离特性；但针对多段翼型结冰后流场特征和气动特性变化的分析研究目前相对较少。Travin等凹1

9、通过将DDESLl。1(DelayedDES)方法应用于LES壁面模型(Wall—modellinginLES，WMLES)，构造了IDDES(ImprovedDDES)方法。该方法不仅能够解决DES方法直接应用于WMLES时产生的对数层不连续(LogLayerMismatch，LLM)问题口1]；并且