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《边条翼布局双垂尾抖振的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷第2期空气动力学学报Vol.25,No.22007年06月ACTAAERODYNAMICASINICAJun.,2007文章编号:025821825(2007)0220205206边条翼布局双垂尾抖振的数值模拟1,211李劲杰,杨青,杨永年(1.西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室,陕西西安710072;2.中航一集团成都飞机设计研究所总体气动室,四川成都610041)摘要:对边条翼布局的双垂尾抖振进行了较为深入的数值模拟研究。模拟来流马赫数为0.2,迎角为10°～40°。通过非定常Euler方程计算各迎角下的非定常流场及垂尾根部弯矩系数。并将随时间脉动的根部弯矩
2、系数进行计算得到根部弯矩系数均方根值,从而得出根部弯矩响应大小随迎角的变化曲线。结合流场特性对该布局双垂尾抖振的发生机理及抖振响应随迎角的变化规律作了深入分析。结果表明:该边条翼布局双垂尾抖振主要是由于边条破裂涡作用在垂尾上的脉动载荷引起的。最后,将垂尾根部弯矩响应的计算结果与该模型双垂尾抖振的风洞实验结果作了比较,结果符合得较好。关键词:双垂尾抖振;Euler方程;涡破裂;根部弯矩中X图分类号:V211.3文献标识码:A对网格、计算机的要求低,而N2S方程的模拟能力还0引言受湍流模型的影响,不好掌握。现代战斗机常采用边条翼双垂尾布局,这种布局本文通过非定常Euler方程对简化边条翼布
3、局的在大迎角下产生的边条涡能使飞机达到很高的机动双垂尾抖振进行了深入的数值模拟研究。作为初次性和操纵性。然而,迎角过大时,边条涡会在垂尾附研究,未考虑非对称涡影响,采用半模,且未考虑垂尾近破裂,使得垂尾浸没在紊流度很大的旋涡流中,导的结构变形响应。模拟来流马赫数为0.2,迎角为致双垂尾抖振。双垂尾抖振可能引起垂尾的结构疲10°～40°。非定常计算记录了垂尾根部弯矩随时间的劳寿命大大缩短,飞机操纵困难,甚至引起结构破坏,响应,最后给出了垂尾根部弯矩系数均方根值随迎角造成飞机失事。的变化曲线,并与实验结果进行了对比,符合得较好。[123]Kandil等人采用简单三角翼双垂尾模型对这1控制方
4、程种分离涡破裂引起的垂尾抖振响应作了系列数值模拟研究,流场计算采用非定常N2S方程,并耦合了结三维非定常Euler方程在直角坐标系下的积分守构变形,模拟的结果从定性的角度上与Washburn等恒形式为:[4]人的实验结果符合得较好,但从定量的角度上符合5QdV+F(Q)·ndS=0(1)得不够理想。Findlay[5]对大后掠三角翼涡破裂引起5tmΩk5Ω的双垂尾抖振作了数值模拟,流场计算采用非定常式中Ω为控制体,5Ω表示控制体单元的边界,Q为N2S方程,没有考虑结构变形,其结果表明涡破裂受守恒变量,F(Q)为无粘通量。雷诺数的影响很小,计算得到的表面脉动压力主频与将上面积分形式的Eu
5、ler方程进行有限体积空间Washburn等人[4]的实验结果也符合较好。离散后,得到方程(1)基于格心格式的离散形式研究表明[6]:大后掠三角翼或边条产生的分离涡ΔQn+1VolΔt+6Fface·nΔS=0(2)allface仅轻微地依赖于雷诺数,采用Euler方程可较为准确在求解定常流场时,通常通过对方程(2)进行时地模拟分离涡及其破裂的总体结构和气动力,其缺点间推进以得到定常解。本文采用隐式LU2SGS时间推主要是对由粘性效应引起的二次涡等无法模拟。与进格式。N2S方程相比,Euler方程模拟容易实现,计算效率高,X收稿日期:2006201214;修订日期:2006206208
6、.作者简介:李劲杰(19812),男,四川省盐亭县人,硕士研究生,主要从事计算流体力学方面研究.206空气动力学学报第25卷在求解非定常流场时,通常采用双时间推进方3结果与分析法。即对方程(2)引入拟时间τ,将方程转化为:ΔQΔQn+1此前我们对该模型的双垂尾抖振作了风洞实验,VolΔτ+VolΔt+6Fface·nΔS=0(3)allface实验风速为20m/s。为了避免在数值模拟中的数值在每步实时间Δt上均对拟时间τ进行推进计算振荡,我们将模拟马赫数提高到0.2,计算迎角范围出流场参数,同样采用隐式LU2SGS格式。为10°～40°。对每种状态,先快速计算出其定常流空间通量计算采用
7、Roe二阶迎风格式。场,然后以该定常流场作为初场计算非定常流场。采-42模型几何参数及计算网格用双时间推进,物理时间步长为10s,内迭代次数满-5足残值标准为10。对每个迎角状态都模拟了物理图1给出了计算模型简图。机翼和垂尾均采用时间为1s的非定常流场。边缘削尖的平板形式,厚5mm。边条后掠角为83°,根弦长0.896m;主翼后掠角26°,根弦长0.35m,半展长3.1流场特性0.421m,展弦比2.8;垂尾根弦长0.259m,展长图3给出了部
