发动机短舱对翼身组合体跨音速气动特性影响研究

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1、第40卷第1期航空计算技术v01．40No．12010年1月AeronauticalComputingTechniqueJan．2010发动机短舱对翼身组合体跨音速气动特性影响研究陈科甲，白俊强，朱军(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：为了达到增升减阻的目的．现代民用飞机设计越来越重视飞机各个部件之间的相互影响。部件之间的气动干扰影响着飞机的气动特性，合理的气动布局可以产生有利的气动干扰，获得满意的气动特性。针对民用飞机超临界机翼——翼吊式发动机短舱气动布局，通过数值模拟方法，研究了跨音速飞行时，发动机短舱对整机的气

2、动特性影响。关键词：跨音速；发动机短舱；气动干扰；数值模拟中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)01．0063—04引言民机的外形比较复杂，如挂架、发动机短舱与机翼的连接，襟翼、缝翼导轨的整流外形等，而且这些复杂部件都位于机翼附近。因而研究这些复杂外形的干扰流场，对提高升力、减小部件问的干扰阻力是非常重要的‘1。。以先进的双发民用客机为例，由于对发动机高推进效率不断追求，而导致发动机短舱直径随之增加，加上起飞着陆的要求，发动机在机翼下吊挂的位置被严格限制，使得机体与动力装置之间的干扰更为严重。

3、如处理不当，先进发动机给飞机性能带来的增益，可能会被机体与动力装置之间不利的干扰所抵消。而且，机翼下吊挂的发动机对机翼表面压力分布的影响并非局限于发动机吊挂附近的区域，而是影响到机翼绕流的大部分区域。因此，机体／动力装置一体化研究就成为民机设计与发展的关键技术。发动机系统和机体之问的整体优化设计以及最佳位置匹配将能大大提高飞机的整体性能。精确预测和分析机体与动力装置之间的相互干扰影响，对于评估和改善整机空气动力性能将是十分必要的口1。本文分别对带有发动机短舱的翼身组合体和不带发动机短舱的翼身组合体进行了数值模拟。比较了巡航和高升力系

4、数时的流场特性，较详细的分析了翼吊式发动机短舱对整机气动特性的影响。1数值计算方法1．1计算网格图1两个模型的空间网格分布图2带短舱翼身组合体的不同截面空间网格分布本文计算网格采用六面体网格，使用非结构网格求解器。由于计算机的限制，计算模型的网格单元数收稿日期：2009—05—19修订日期：2009—11—27作者简介：陈科甲(1984一)，男，陕西西安人，硕士研究生，研究方向为飞行器设计。·64·航空计算技术第40卷第1期是150万。物面附近采用0型网格，以保证物面附近的网格质量。第一层网格距离是平均气动弦长的10～。为了能够真实

5、反映流场特性，尽可能消除由于网格差异带来计算结果的偏差，带有发动机短舱的翼身组合体与不带发动机短舱的翼身组合体的计算网格数和空间网格分布都保持一致。图l给出两个模型的空间网格分布。图2给出带有短舱的翼身组合体不同截面的空间网格分布。1．2计算方法本文通过求解RANS方程，对流场进行数值模拟，空间离散格式为二阶精度的迎风格式，湍流模型为S—A模型。其控制方程为：号ifffoQdv+fJ：aF(Q)‘咒d

6、s=_ffG(Q)。nds其中厂p]厂P]『0]Q=pupvpwe，F(Q)·n=(V·n)P11,p夥pwe+p+pl17,yG(

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9、3；％=2／xw；一p(／．Z；+秽y+加；)x2／3；肛=(卢z+p。)。考虑到理想气体有P=(y一1){e一0．5X[p(u2+移2+加2)]}n2O示面积分的微元，OCm／Oa是粘性系数，地是层流粘性系数，“是湍流粘性系数，P。，P。分别为层流和湍流Prandfl数，y是气体的比热比，理想气体的值是1．4。1．3边界条件计算中涉及的边界条件有远场边界条件，物面边界条件。对称边界条件。由于本文模拟的是高亚音速飞行情况，必须考虑空气的压缩性，因此采用无反射压力远场作为远场边界条件。翼身组合体表面为物面边界，流动无滑移、无穿透。本文

10、研究的都是关于纵向问题的讨论，使用对称边界条件可以节约计算时间，避免浪费计算资源旧J。2算例分析对某民用飞机带发动机短舱和不带短舱模型进行跨音速流场数值模拟。其巡航速度是0．785Ma，巡航升力系数为0．54，续航高度是1l000m。