翼尖开孔吹气流动控制数值模拟研究

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1、第４５卷第４期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．４２０１５年７月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪｕｌ．２０１５翼尖开孔吹气流动控制数值模拟研究龚志斌，李杰，张恒（西北工业大学航空学院，陕西西安７１００７２）摘要：在中等展弦比直机翼上设计了由前缘到翼梢端面的四个环形通气孔。采用点对接网格和面搭接网格技术，基于雷诺平均Ｎ-Ｓ方法，分别选用Ｓ-Ａ湍流模型和ＳＳＴ湍流模型，研究了翼尖开孔吹气对机翼尾涡的影响。计算结果表明，翼尖开孔吹气能够显著地耗散翼尖尾涡。从孔中吹出的气流对来流有明显的阻挡作用，能够相应地减小尾涡内的轴向速度，同时孔的出口附

2、近会产生一对方向相反的涡，能够削弱尾涡区内的旋转效应。与其他翼尖展向吹气流动控制措施相比，翼尖开孔吹气方式具有不需要引气来源，结构简单，易于工程实现等优点，是一种良好的尾涡耗散技术。关键词：中等展弦比直机翼；桨尖开孔；雷诺平均方法；尾涡耗散中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１５）０４-００２１-０３NumericalSimulationofFlowControloveraFixedWingwithSlottedTipＧＯＮＧＺｈｉ-ｂｉｎ，ＬＩＪｉｅ，ＺＨＡＮＧＨｅｎｇ（SchoolofAeronautics，Northwes

3、ternPolytechnicalUniversity，Xi′an７１００７２，China）Abstract：Ｆｏｕｒａｎｎｕｌａｒｓｌｏｔｓｆｒｏｍｌｅａｄｉｎｇｅｄｇｅｔｏｔｈｅｔｉｐｓｕｒｆａｃｅａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｏｎａｆｉｘｅｄｗｉｎｇｗｉｔｈｍｉｄｄｌｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｏｉｎｔ-ｔｏ-ｐｏｉｎｔａｎｄｐａｔｃｈｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｇｒｉｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ＲＡＮＳｍｅｔｈｏｄｓｗｉｔｈＳ-ＡａｎｄＳＳＴｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓａｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｓｌｏｔｔｅ

4、ｄｔｉｐｅｆｆｅｃｔｓｏｎｗａｋｅｖｏｒｔｅｘ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｖｏｒｔｅｘｉｎｔｈｅｒｅａｒｗａｋｅｃａｎｂｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｓｓｉｐａｔｅｄｂｙｓｌｏｔｔｅｄｔｉｐ．Ａｉｒｂｌｏｗｉｎｇｏｕｔｆｒｏｍｔｈｅｓｌｏｔｓｃａｎｂｌｏｃｋｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅａｘｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｔｈｅｗａｋｅ．Ｃｏｕｎｔｅｒ-ｒｏｔａｔｉｎｇｖｏｒｔｅｘｐａｉｒｃａｎｂｅｆｏｒｍｅｄａｔｄｏｗｎｗａｒｄｏｆｅａｃｈｓｌｏｔｅｘｉｔ，ａｎｄｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｅｆｆｅｃｔｓｃａｎｂｅｗｅａｋｅｎｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗ

5、ｉｔｈｏｔｈｅｒｓｐａｎｗｉｓｅｂｌｏｗｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｔｈｅｓｌｏｔｔｅｄｔｉｐｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｆｅａｔｕｒｅｓｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅａｓｙａｐ－ｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｗｉｔｈｎｏａｄｄｉｔｉｏｎａｌａｉｒｓｏｕｒｃｅｓ，ａｎｄｔｈｕｓｓｈｏｕｌｄｂｅａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｖｏｒｔｅｘｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Keywords：ｍｉｄｄｌｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｆｉｘｅｄｗｉｎｇ；ｓｌｏｔｔｉｐ；ＲＡＮＳｍｅｔｈｏｄｓ；ｖｏｒｔｅｘｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ引言尾流主要是由发动机紊流、机

6、体附面层紊流和尾在过去的几十年里，随着民航运输业的迅速发展，涡共同组成的，但是前两者影响范围较小，尾流的主要空中交通总量急剧增长。随之而来的则是日益严重的效应是由尾涡的强度决定。只要飞机有升力，就会有交通安全以及拥堵和延误等问题，其中飞机尾流是影尾涡形成，尾涡结构十分复杂，主要是由机翼后缘脱落响航空安全和限制空运效率的一个重要因素。飞机尾的无数条弱小尾涡与很强的翼尖涡相互诱导而成，通［１］流具有强烈、稳定、持续时间长、空间尺度大等特点，常采用削弱翼尖涡以达到减小尾涡强度目的。以翼梢尤其是在起飞和着陆阶段最为明显。当飞机进入前机小翼为代表的各种翼梢装置被广泛用于

7、减阻、降噪以［２］［４－５］尾涡区时，会出现俯仰、滚转、失速等现象，进而引发及改善尾涡问题，但同时也不可避免地带来结构灾难。根据美国交通安全委员会的统计，在１９８３年至的复杂性和重量的增加。许多研究人员致力于翼尖附２０００年间由尾流导致的飞行事故占美国境内这个时近吹吸气的研究，其中以展向吹气最为常见。［３］［６］期航空灾难总数的近三分之一，并且目前依然占有Ｈａｎ和Ｌｅｉｓｈｍａｎ在直升机桨叶上设计了由桨叶相当比例。前缘至桨尖的四个环形孔以进行展向吹气对涡结构的收稿日期：２０１５－０３－１８修订日期：２０１５－０６－１２基金项目：国家自然科学基金项目资助（１１１

8、７２２４０）；国家重点基础研究发展计划