上凸下凹前后对称翼型低速气动特性研究.pdf

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1、2014年6月西北工业大学学报June2014第32卷第3期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityV01．32No．3上凸下凹前后对称翼型低速气动特性研究王年华，赵旭，李晓东，郭汉青(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：旋转机翼无人机由于兼具垂直起降和高速巡航性能而备受青昧，旋转机翼翼型不同于固定翼，对旋转机翼翼型的设计和气动特性的研究具有实际意义。针对旋转机翼翼型展开有弯度的前后对称翼型设计，通过亚音速多工况数值计算筛选出升阻特性最优的翼型——弯度10％、厚度12％

2、的上凸下凹前后对称翼型GOE一10—12。为了验证数值计算的准确性，进行了3种低速工况(20m／s、30In／s、40m／s)的风洞试验，结果表明数值计算和试验获得的升力系数和阻力系数吻合较好，新设计的翼型具有良好的升阻力特性，适合应用于旋转机翼。关键词：旋转机翼，前后对称翼型，上凸下凹，CFD，风洞试验，气动特性中图分类号：V211．3文献标志码：A文章编号：1000—2758(2014)03—0341—05当前一些无人机使用火箭助飞，零长发射，伞降本文初步设计了若干具有弯度的上凸下凹的前后对回收，因环境干扰，其起降具有不定因素

3、，尤其是舰称翼型，并用数值计算方法筛选出升阻特性较好的载无人机，容易掉入水中，不仅消耗火箭且不能实现翼型。在西北工业大学低湍流度风洞进行了低速风悬停J，针对这一情况，Rutherford和其他学者提出洞试验，对新设计的翼型在不同工况下的压力分布了兼具垂直起降性能和高速巡航性能的概念飞行和气动特性进行了测量，并与数值结果进行了对比器——旋转鸭机翼飞行器(CanardRotor／Wing，和分析。CRW)[2-3]，国内学者也提出翼尖喷气驱动旋转机翼的方案。1上凸下凹前后对称翼型的初步设计旋转机翼飞机在起飞时可由旋翼旋转提供拉力，在到

4、达巡航高度后，锁定旋翼充当固定翼的主机本文在传统翼型的基础上，将其最大厚度以前翼[5]，因此既能保持垂直起降，悬停的优势，又能保部分以左右对称的形式处理，构造出上凸下凹前后证固定翼飞机巡航状态高升阻比性能的要求。旋转对称翼型。考虑旋翼沿展向各截面Ma和m不同，机翼的这一特点决定了其只能使用特殊的前后对称选取Ma=0．03、0．15、0．4及0．6的4个主要工作截翼型。常见的前后对称翼型主要有菱形翼、六边形面综合考虑旋转机翼的气动特性。采用翼型分析软翼、圆弧翼及椭圆翼，这些翼型中，有些已经应用在件DesignFOIL进行初步筛选，获

5、得了若干翼型，再旋转机翼上。探索气动特性优良的亚音速前后对称采用CFD软件Fluent_8进行准确的性能预测，并分翼型，对旋翼的研究具有重要意义。析了翼型气动性能随厚度、弯度、弯度分布、厚度分针对旋转机翼翼型设计，文献[6]提出相对厚布以及前缘半径等几何参数的影响。通过对基本翼度为16％的椭圆翼型，并做了相关数值计算和试验型几何形状(弯度、厚度等)的不断修正来寻求目标验证，研究了椭圆翼型的低速气动特性。由于椭圆函数(如升阻比)的极限值，以求得在不同工况下气翼型没有弯度，导致翼型升阻特性不够理想。因此，动性能最佳的翼型。筛选部分结果

6、如表1所示。收稿日期：2013—09．26基金项目：2012年国家大学生创新训练计划项目(201210699018)资助作者简介：王年华(1992一)，西北工业大学本科生，主要从事空气动力学研究。·342·西北工业大学学报第32卷表1上凸下凹前后对称翼型的Fluent计算结果注：上述计算结果最大升阻比对应的迎角均为5。。根据结果选定前后对称翼型GOE．10．12，该翼点／s。型最大相对厚度10％，最大相对弯度12％，前缘半径0．54％，如图1所示。3试验结果与数值计算结果对比分析由于风洞条件限制，选定3种风速(：20rn／s、30

7、m／s、40m／s，对应雷诺数分别为4．11×10、6．16x10和8．22x10)进行试验，并用数值模拟重图1翼型GOE一10—12几何形状新计算了对应工况下的升力和阻力。数值模拟模型设置情况：计算网格为400×2002风洞试验方法与设备的0型结构网格，翼型局部网格如图2所示，边界层网格加密，且第一层网格厚度为弦长的10～。湍为了验证数值模拟的准确性，对优选翼型制作流模型采用Realizable．模型，该模型是两方程的模型，进行了低速翼型的升、阻力测量试验。标准k-6模型针对强旋流，弯曲壁面流动或弯曲流线流动的改进模型，适合充分

8、发展的湍流模拟J。2．1试验方法采用跨风洞左右壁的二元测压实验模型进行试边界条件为无限远场，求解流动采用一阶迎风格式。验，在模型翼展中部3个剖面开静压孔，测量翼型表面的压力分布，用以计算翼型的升力，在模型后缘0．8c处安装总压排管，测量模型尾迹区的