上单翼布局飞机翼根整流罩设计分析

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1、第40卷第6期2010年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．6NOV．2010上单翼布局飞机翼根整流罩设计分析王丹1，白俊强1，孙智伟1，程泽荫2，张学光2(1．西北工业大学航空学院，陕西西安710072；2．中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司，陕西阎良710089)摘要：根据翼身干扰形成的位移效应、升力效应、不对称效应、粘性效应等流动现象和原理，从流动机理上分析讨论了上单翼布局飞机整流罩的减阻原理；对上单翼布局飞机，提出一种整流罩设计形式，并对该整流罩各部分对气动性能的影响进行详细分析，采用RANS方程求解流场，

2、以翼身组合体为基准，对整流罩的6个主要参数逐一变化，将每个参数的不同取值的计算结果各自对比，从流动原理上对数值模拟计算结果进行了分析，得出了上单翼布局飞机整流罩设计的几点思路。关键词：翼根整流罩；翼身干扰；RANS方程；减阻设计中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)06．0090．05引言在流场中，飞机的各部件存在着相互干扰⋯。干扰会产生复杂的三维分离和漩涡，使得干扰区的流动特性恶化。造成阻力增加、低频振荡等，严重者还会带来结构上的危害[2】。翼身干扰问题由来已久，翼根整流为最普遍的解决方法，除了翼身融合的形式外，现代的飞机设计过程中，翼根整流

3、设计已成为一个必不可少的环节。随着CFD技术的日益成熟，飞机气动外形设计更趋于精细化，对翼根整流罩而言，其外形的设计对飞机气动特性影响很大，因此对翼根整流罩进行具体的分析研究很有现实意义。翼根整流罩的外形因机翼、机身的相对位置不同而各异，本文针对上单翼布局，以翼身组合体为基础进行分析，讨论上单翼布局飞机翼根整流罩的设计思路。1整流罩减阻原理从流动原理来看，翼身相接处的流动有四个同等重要的效应：位移效应、升力效应、不对称效应和粘性效应【3J。位移效应由于机翼和机身的相贯线有往翼展方向凹或凸的曲率而产生，气流流过时沿相贯线有相同的凹凸趋势，气流速度大小和方向均发生变化。升力效应指当机

4、身迎角大于00时，机身上气流产生绕机身横截面的流动，对翼根局部迎角有上洗作用，增大了局部迎角。不对称效应与机翼翼型、机身横截面形状、机翼和机身的相对位置有关。机翼的上、下翼面分别与机身相交所成交线的形状、曲率不同，造成气流在上、下翼面的变化不同而形成不对称效应。粘性效应体现在两个方面：1)、机身附面层由于机翼的阻挡而不能持续增长，在机翼前缘之前产生分离；2)、翼身相交处的附面层相互堆积导致气流极易分离H】。对上单翼布局的飞机，着重考虑位移效应和粘性效应的影响。上单翼下翼面与机身的相贯线为向外凸的曲线，自由来流相当于通过了一个先收缩后扩张的通道，当地压力分布被改变。自由流为亚音速时

5、。在流过翼根下翼面时被加速，下翼面压力系数降低，损失机翼升力。在设计整流罩时，将机翼下翼面和机身用竖直平面连接形成侧墙，侧墙与机翼机身的交线并无展向弯曲，不会引起位移效应。针对粘性效应的影响，将翼根前缘和机身用与机翼上翼面相切的斜置平面相连接，使得机翼机身在机翼前缘处平滑过度，可以消除因机身附面层不能持续增长而产生的气流分离，从而大大减小阻力。整流罩的侧墙因为与机翼、机身的交角大于或等于900，该角度远大于翼身的直接交角锐角，附面层的相互堆积情况将有很大改善，对减小阻力有利。2上单翼翼根整流罩设计分析2．1整流罩外形下图是本文为某上单翼飞机提出的一种翼根整流罩的外形示意图。该整流

6、罩由前缘面、前过渡面、侧墙、后缘面、后过渡面、后缘面和过渡条6部分组成，主要设计参数有：1)、前缘面与机翼搭接点的位置：2)、侧墙距对称面的距离；3)、整流罩后体长度；4)、前过渡面宽；5)、后过渡面宽；6)、过渡条外形。在整流罩的6个组成部分中，前缘面、侧墙为主要收稿日期：2010．06．2l修订日期：2010．09．19作者简介：王丹(1986一)，女，陕西宝鸡人，硕士研究生，研究方向为飞行器总体设计。2010年11月王丹等：上单翼布局飞机翼根整流罩设计分析图l上单翼整流罩气动外形视图a图2上单翼整流罩气动外形视图b作用面，其功能已在前面阐述过；后缘面、前过渡面、后过渡面的作

7、用主要是将前缘面、侧墙、机身、机翼光滑过度连接，其具体外形对飞机的气动性能的影响不能忽视；过渡条的作用主要是改善机翼与整流罩的交角使其大于900，以此来改善附面层堆积的情况。2．2整流罩计算分析本文对整流罩各参数的具体贡献进行计算分析，从而得出个参数的设计思路。在计算过程中，对机翼+机身+整流罩模型进行了6组流场数值模拟计算进行对比，每组计算模型的整流罩只有一个设计参数发生变化，其他设计参数保持不变。2．2．1计算网格和方法本文计算网格为六面体网格，采用多重结构网格求解器。为尽量