大型客机增升装置气动设计与计算

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1、专题SPECIALTOPIC大型客机增升装置气动设计与计算AerodynamicDesignandComputationofHigh-LiftSystemonLargeCommercialAircraft中国航天空气动力技术研究院郝璇张卫民苏诚郭少杰增升装置是民用客机的重要部件之一，在飞机设计过程中必须投入大量精力。随着民用航空工业竞争越来越激烈，各飞机制造公司在进行新一代飞机研发时，都不约而同地在飞机的经济性、环保性上花费大量人力和物力。对于增升装置要求其设计必须沿着降低复杂性、增加可靠性、减重、维护和提高气动力性能方向发展。动设计评估与验证中。尽管如此，高

2、了更高的要求。其中的安全性要求效的增升装置设计仍然是一项巨大增升装置具有良好的气动特性，特别郝璇毕业于北京航空航天大学，现工的挑战。当今的民用客机需要高效是失速特性，满足飞机起飞、爬升、复作于中国航天空气动力技术研究院，的增升装置来满足起飞及着陆要求。飞等要求，同时要尽可能缩短起飞和从事空气动力学研究工作，主要负责在激烈的市场竞争中，新一代的飞机着陆距离。经济性要求增升装置外民用客机气动设计与CFD计算研究工设计要求更简单、有效的增升装置来形简单，驱动结构重量轻等。环保性作。提供更加优良的气动性能并达到更要求增升装置产生的噪声要尽可能[1]小。与早期的民用客机

3、采用较为复好的经济性能。以波音777为例，升力系数增加0.1意味着俯仰姿态杂的增升装置（如波音737采用3段从20世纪60年代开始，民用航角降低1°，这可降低起落架高度从襟翼）相比，如今的增升装置设计都空工业进入了快速发展时期。各种而减重636kg.；最大升力系数增加尽可能采用单缝襟翼方案以降低驱相关技术如材料、制造工艺等高速1.5%可使有效负载增加2996kg.；起动机构的复杂性，减轻结构重量，增发展，促进了民用客机设计水平的飞时升阻比增加0.1%可使有效负载强可靠性。表1给出了目前国际上迅速提升。与传统的更多依赖于风增加1272kg。主要的民用客机型号所采

4、用的增升[2]洞试验相比，随着计算机技术的飞目前，我国大型客机设计提出了装置布局，可以看出，民用客机增速发展，CFD（ComputationalFluid“四性”：安全性、舒适性、经济性、环升装置设计正向着简单、可靠的方向Dynamics）被越来越多地应用于气保性，这意味着对增升装置设计提出发展。74航空制造技术·2010年第14期AerodynamicDesignTechnologyforLargeCommercialAircraft大飞机气动设计技术表1国外大型客机增升装置布局形式-1.51%0.5%1.846%1.8%机型前缘后缘27°波音737三位置缝

5、翼三缝40°波音747克鲁格襟翼三缝波音757三位置缝翼双缝（主/后）-2.043%0.32%2.331%1.665%波音767三位置缝翼内双/外单1.551%波音777三位置缝翼内双/外单27°2.267%40°A320三位置缝翼单缝图2多段翼型设计A321三位置缝翼双缝（主/后）过程是一个多学科设计、多目标优化襟翼后缘就与主翼尾迹相互吞并，A330三位置缝翼单缝的过程。最终应用于飞机上的增升同时还要恰当地保证襟翼的环量对装置在气动特性上往往不是最优的，主翼诱导出最大的干扰升力。缝翼A340三位置缝翼单缝因此在进行气动设计时就必须考虑与主翼的缝道要使主翼上表

6、面较早包括执行机构可实现性、操控性等在形成汇流边界层，降低主翼头部吸力民用客机增升装置气动设计内的各种因素，协调整体布局。峰，同时又要使缝翼本身局部马赫数民用客机增升装置要求具有气中国航天空气动力技术研究院不超过1.25。动性能良好、结构简单、操控性能良参与大型客机增升装置气动设计项（3）要有合适的襟翼目标压力好以及噪声低等特性。对于气动设目以来，已完成几个阶段的设计工分布：在设计点上，襟翼头部的吸力计主要要求具有足够的高升力特性、作，形成了一套成熟的设计流程，如峰值要低，位置靠后，吸力峰饱满圆低起飞阻力、低头力矩尽可能小并尽图1所示。根据干净巡航机翼外形，滑

7、，以降低逆压梯度，延迟襟翼上的[3]可能对噪声源进行控制。首先进行低速气动分析，根据平面参流动分离。襟翼头部的最小压力位一副好的增升装置往往要考虑数得到展向缝翼和襟翼的相对位置，置应该位于对主翼后缘压力有合适气动、结构等多方面因素，整个设计并找出展向流动较弱的位置进行二影响的地方，以保持主翼上表面后缘维多段翼型设计。完成二维无明显分离，并尽可能提高后缘处的三维设计指标针对三维巡航外多段翼型设计后根据机翼平压力，增大升力。转换至二维形选择二维设计面布置进行三维CAD成型，（4）要有合适的主翼目标压力控制剖面同时进行三维缝道参数设置。分布：在设计状态下，主翼头部最

8、小翼型剖分在此基础上进行三维缝道参压力