临近空间桨梢小翼螺旋桨布局气动增效研究

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1、第4l卷第5期2011年9月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueVol4lNo．5Sep2011临近空间桨梢小翼螺旋桨布局气动增效研究许成杰，杨旭东，朱敏(西北工业大学翼型叶栅国家重点实验室，陕西西安710072)摘要：基于雷诺平均Navier．Stokes控制方程和非结构网格旋转／静止滑移面技术，开展了临近空问螺旋桨桨梢小翼构型气动布局与增效作用机理研究，采用静止与旋转域的多块网格布局策略度转／静滑移面技术．发展了高效的螺旋桨流场与性能分析方法；通过开展上翘小翼、上下翘小翼等多种桨梢小翼螺旋桨布局研究，初步建立了基础参数的性能影响

2、规律，研究表明：桨梢小翼螺旋桨布局是临近空间工况环境提高气动效率的一种合理可行的技术途径。关键词：螺旋菜桨梢小巽构型；Navier．Stokes方程；气动效率；转／静滑移面；非结构网格中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671．654X(2011)05—0061．04AerodynamicSynergisticMechanismofIIigllAltitudePropletPropellerConfigurationsXUCheng—jie，YANGXu-dong，ZHUMin(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnol

3、ogy011AerodynamicDesignandResearch。NorthwesternPolytechnicalUniversitr，X／’an710072，China)Abstract：BasedontheReynolds—AveragedNavier··Stokesequationsandtheslidingpatched··zoneinter-facetechnology，combinedwiththetechnologyoftheunstructured刚dgeneration，thestudyofaerody·namicconfigurationan

4、dsynergisticmechanismofpropletpropelleriscarriedoutinthispaper．Apphedtothemulti·blocksndtechniquewiththestaticandrotatingdomain，ThehilgIlefficientmethodsoftheflowfieldandtheperformanceofthepropletpropeBerisdeveloped．Theperformanceinfluenceofthebasicge-ometryparametersforthevariousprople

5、lconfigurationsareresearcheddeeply．Thetestshowsthatthepropletpropellerconfigurationsisanrcasonableandfeasiblewaytoimprovetheaerodynamicefficiencyfornearspaceairship．Keywords：propletpropellerconfiguration；RANS；aerodynamicefficiency；slidingpatched—zoneinter-face；unstructured面d引言翼梢小翼的翼面形状类

6、似于机翼，安装在机翼翼尖处，与机翼所在平面呈一定的角度。加装小翼后能明显改变机翼翼尖附近的流场，减弱翼尖旋涡，减少与阻力直接相关的能量消耗。同时，随机翼临近涡心的横向流速的显著减小，机翼表面附近流动下洗减少，显著减小了机翼的诱导阻力。在飞行器设计领域，从提出设计理念至今．已经有很多成功的应用实例，例如KCl35、Boeing747等。据报道，美国KCl35空中加油机加装翼梢小翼的飞行试验表明，可使飞机的诱导阻力下降15％，升阻比提高5％～8％，耗油量减少9％，其性能的改善相当可观；波音公司研发的“融合式翼梢小翼”，可降低飞机轮挡油耗3％一5％，降低飞机起飞时机场噪声约

7、6．5％，效果非常不错。对临近空间螺旋桨推进系统而言，受制于能源利用的苛刻性要求，如何有效提高动力推进效率是I临近空间低速飞行器研制的关键性问题，严重影响着总体设计、重量、体积等要素。为此，探讨与发展新概念的螺旋桨高效布局具有重要的学术意义与应用价值。近几年来，受机翼翼梢小翼的作用机理启发，国外提出了基于翼梢小翼的高效螺旋桨布局形式，通过螺旋桨桨尖布置桨梢小翼装置，减少螺旋桨诱导阻力，从而改善气动效率。例如，IrwinK”1和MutzmanR应用涡流理论及实验方法．开展了桨梢小翼螺旋桨构型优化设计收藕日期：201l—07—04修订日期：2011—07