用于变体翼梢小翼的伸缩栅格研究

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1、航空学报Oct．2520”V01．32No．101796-1805ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000·6893CN11·1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．C11hkxb@buaa．edu，cn文章编号：1000—6893(2011)10—1796—10用于变体翼梢小翼的伸缩栅格研究李伟1，熊克1’*，陈宏2，王帮峰1，顾蕴松31．南京航空航天大学机械结构强度与振动国家重点实验室，江苏南京2100162．中国商飞上海飞机设计研究院结构部，上海2002323．南京航空航天大学空气动力学系，江苏南京

2、210016摘要：翼梢小翼能抑制翼尖涡流形成、降低机翼的诱导阻力，翼梢小翼的高度是对减阻效果影响较大的参数之一。传统翼梢小翼仅针对巡航状态设计，而在起降、爬升等非设计状态减阻效果不佳。变体翼梢小翼能根据飞行状态主动改变几何外形和尺寸，实时优化减阻效果。为了实现变形，设计了一种用于变体翼梢小翼的伸缩栅格，通过步进电机驱动，可使翼梢小翼的高度主动变化。采用机械系统动力学自动分析软件(ADAMS)研究了伸缩栅格的动力学特性。仿真结果表明：伸缩栅格在970．9N·mm的电机转矩作用下，高度变化率可达13．9％，伸缩周期小于4．4s；模型试验验证了该结果。以飞机起飞阶段的流

3、场特性(马赫数Ma=0．1，迎角a=6。)为例，采用计算流体力学(CFD)与风洞试验相结合的方法，分析了变体翼梢小翼高度的变化对机翼翼尖尾涡流动结构和升阻特性的影响，结果表明：增大翼梢小翼的高度可显著降低翼尖尾涡强度，最大降幅约为47．7％；并可将机翼的升力系数提高3．5％，阻力系数降低4．8％。因此，采用伸缩栅格的变体翼梢小翼具有改善飞机起飞性能的潜力。关键词：变体翼梢小翼；伸缩栅格；小翼的高度；计算流体力学；风洞试验；增升；减阻中图分类号：V224+．3；V211．3文献标识码：A20世纪70年代，美国国家航空航天局(NASA)兰利研究中心的Whitcomb发

4、明了翼梢小翼，用于降低机翼的诱导阻力并减弱大型飞机的尾迹[1]。研究表明，诱导阻力在巡航阶段约占飞机总阻力的40％，而在起降和爬升阶段约占总阻力的50％～70％[2]。传统翼梢小翼仅针对巡航状态设计，而在起降、爬升阶段减阻效果不佳。变体翼梢小翼能弥补传统翼梢小翼在非设计状态性能较低的不足，它能根据飞机的飞行状态主动改变几何外形和尺寸，不仅能提高飞机巡航阶段的气动效率，还能有效改善飞机在起降、爬升阶段的低空低速性能[3]。据统计，67％的空难事故发生在起飞着陆阶段[4]，因此变体翼梢小翼具有提高飞行安全的潜力。此外，变体翼梢小翼还能使飞机发动机以较小推力实现快速爬升

5、，从而降低燃油消耗和发动机噪声，延长发动机使用寿命等‘51。国外已对变体翼梢小翼的相关技术展开了研究。英国Bristol大学采用伺服电机改变翼梢小翼的倾斜角，分析了可变倾斜角的小翼对飞机性能的影响[3’5。9]，结果表明：差动式改变小翼的倾斜角能产生滚转和偏航力矩；在起飞时能增加机翼升力；建立了可变倾斜角小翼的数值模型，研究其力学特性和气弹特性；制作了用于可变倾斜角翼收稿日期：2011-01-14；退修日期：2011．03—24；录用日期：2011-05-10；网络出版时间：2011．05-2617：53网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail

6、／11．1929．V，20110526．1753．016．htmlDOI：CNKI：11-1929／V，20110526．1753．016基金项目：圈家自然科学基金(90605003)*通讯作者．Tel．：025-84891502E．mail；kxiong@nuaa．edu．cn戮用格武I孛伟。熊克，陈宏．等i罱干变体翼鹅小翼酌伸缩拇榕研究CJ]．航空学报．201I，32t10)：1796-1805，LiWei，XiongKe．ChertHong·etal．Researchofretractablegridappliedtomorphingwinglet￡∞．Ac

7、taAeronauticaetAstronauticaSinica．20¨．32‘10)：1796-1805．李伟等：用于变体翼梢小翼的伸缩栅格研究梢小翼的波纹蒙皮。巴西圣保罗大学通过圆柱套筒机构改变小翼的倾斜角，分析了变体小翼对减阻效果的影响[1州。美国Georgia理工学院研究了变体翼梢小翼对无人机性能的影响¨1。。波音公司采用形状记忆合金(SMA)变弯度板与SMA扭力管改变翼梢小翼的倾斜角与扭转角，并已获得专利Ll引。目前，变体翼梢小翼在国内还未受到足够重视，相关研究还未见报道。本文研究了一种用于变体翼梢小翼的伸缩栅格，论述了其工作原理与设计方法，并初步分析

8、了变体翼梢