翼伞平面形状对翼伞气动性能的影响

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1、航空学报Nov．252011Vol32No．111998．2007ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．cahkxb@buaa．educn文章编号：1000—6893(2011)11-199810翼伞平面形状对翼伞气动性能的影响朱旭，曹义华北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191摘要：对带气室的展弦比为3的不同平面形状翼伞模型的流场进行了三维定常数值模拟，详细考察了平面形状对翼伞

2、气动性能的影响。运用有限体积法对三维坐标系下不可压雷诺时均Navier—Stokes(RANS)方程进行了直接求解，采用剪切应力输运(SST)一二方程湍流模型进行湍流模拟。数值模拟得出的原始翼伞的气动性能参数与试验数据在总趋势上符合很好，多种平面形状的翼伞模型计算结果表明：椭圆形翼伞模型获得最小阻力系数，前缘切口改变了上下缘流态使其升力系数并非最大；前缘后掠能明显减小翼伞阻力；由于翼伞中部区域对有效升力贡献更大，前缘后掠的翼伞模型获得最大升阻比；阻力对翼伞升阻比影响很大，前缘切口阻力是总阻力的主要来源之一，且

3、是一种二维效应的阻力。该文可为进一步研究更多不同几何参数的翼伞模型提供参考。关键词：翼伞；平面形状；气动性能；数值模拟；不可压缩流中图分类号：V211．3文献标识码：A翼伞是一种采用带有前缘切口的翼型、在前量少且较分散Ⅲ2]。关于理论方法方面，国外多利缘及气室内滞止压力的作用下保持气动构型的柔用小展弦比下近似升力线理论进行翼伞气动性能性飞行器。具有优良的滑翔性能和可控性，可实研究¨5；国内的张顺玉等利用涡格法对产生柔现无损精确着陆，由于成本低廉，目前被广泛应用性变形后的近似翼伞模型进行了分析。数值模拟于各个领

4、域。因为其特殊的几何构型具有独特的方面，Mittal等_】¨对二维翼伞翼型进行了非定气动特性，而平面形状是现代翼伞最重要的几何常环境下的流场模拟，研究了前缘切口构型对翼参数之一。因此，为提高翼伞的性能对其气动特伞气动性能的影响，Mohammadi等口进行了类性进行专门研究具有重要的科研和实用价值。相似研究；国内的李扬_J利用预处理方法主要研究比于成本高、周期长的风洞、空投试验和精度有限了在二维非定常环境下翼伞后缘下拉的气动特的升力线理论以及涡格法等，计算精度较高、周期性，李健E¨在二维环境下假设翼伞前缘切口封

5、闭短、成本低且计算结果直观的数值模拟有很大优研究了前缘切口构型对翼伞气动特性的影响，但势，已成为翼伞气动性能研究的重要手段。前缘切口封闭的假设对翼伞二维翼型绕流流态、美国从20世纪60年代开始进行翼伞的专门特别是下翼面回流现象影响较大，降低了模拟精研究，较为典型的是美国国家航空航天局度；Han等_】朝在三维环境下对带气室和不带气室(NASA)在1967年和NotreDame大学在1967的翼伞模型进行了初步的对比研究。总体来看，年、1968年进行的风洞试验j，国内风洞试验数国内在翼伞气动性能的三维数值模拟方面

6、研究成收稿日期：2011一o1—24；退修日期：2011．03—15；录用日期：2011—03—30；网络出版时间：2011—04-1917：03：59网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail门1、1929．V201104191703008htmlDOI：CNKI：11-1929／V．201104191703．008*通讯作者Tel：010-82339537E-mail：yihuacaobu@126．com}I用格式：朱翘．曹义华翼伞平面形状对翼伞气动性能的影响航空学报2011．32(11

7、)：1998-2007．ZhuXu，CaoYihuaNu—mericalsimulationofplat?formgeometryeffectonparafoilaerodynamicperformancefJ2ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2O11。32(¨)：1998-2007朱旭等：翼伞平面形状对翼伞气动性能的影响果不多，且目前国内外均没有在三维环境下对翼文中涉及处统称掠角。各翼伞模型的外形略图，伞平面形状进行的专门研究。如图2所示。本文基于上述成果，在三维定常

8、环境下对带表1不同平面形状翼伞模型气室的、不同平面形状的翼伞模型进行了数值模Table1Parafoilmodelswithdifferentplanformgeometries拟研究，考察了后掠角、弧面下反角等平面形状几PlanformLEsweptTEsweptMode，1何参数对翼伞气动特性的影响规律，分析了翼伞geometrybackangle／(。){orwardangle／(。)三维绕流