大型客机先进翼尖装置综合特性研究

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1、靛空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSin／caApr．252012V01．33No．4634—639ISSN1000-6893CN11—1929fVhltp：／／hkxbbuaa．edu．GRhkxb@buaa．edu．Gn文章编号：1000—6893(2012)04—0634—06大型客机先进翼尖装置综合特性研究钱光平1’*，刘沛清2，杨士普1，党亚斌11．上海飞机设计研究院，上海2002352．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191摘要：翼尖装置由于其良好的气动特性在航空界得到了广泛应用，然而它也使飞机的颤振及

2、结构重量特性发生了变亿。为了探求翼尖装置的综合特性，利用数值模拟方法对大型客机上最先进的3种翼尖装置(融合式、鲨鱼鳍式和阶梯式)进行了气动，颤振及重量3个方面的综合研究。3种翼尖装置减阻效果明显，但同时结构重量亦增加。翼尖装置均降低了机翼颤振速度。研究结果表明：加装翼尖装置后机翼颤振形态取决于翼尖装置的形式。相对于机翼颤振速度，翼尖装置形式对机翼颤振速度的影响是小量(1％～7％)，且翼尖装置减阻和机翼压心外移的综合重量增益，为机翼结构设计提供了一定的设计空间。关键词：翼尖装置；气动；颤振；重量；大型客机中圈分类号：V212．11文葡标识码：A自从1976年，美

3、国兰利中心的WhitecombEl]发明了翼尖装置代替简单的端板以来，翼尖装置已广泛应用在世界各国一些大型运输机以及一些小型公务机上[2】，比如：Kc_135空中加油机、DC-10、Boeing747—400、A340、Gulfstream、[．earjet28和C刚21等。翼尖装置的主要作用是减小机翼的诱导阻力CE、提高升阻比和耗散翼尖涡。但是，翼尖装置在改善飞机气动性能的同时，对飞机的结构特性也产生了一定的影响，尤其是在飞机机翼颤振边界特性，结构重量特性以及结构刚度和机翼弹性变形等方面[“，这些问题完全有可能抵消飞机加装翼尖装置在气动方面的收益睁63。世界

4、各国对翼尖装置的减阻潜力进行了大量的研究[1J喝]，确定了翼尖装置梢根比、后掠角、展弦比以及高度的影响规律[9]。同时也对传统的翼尖装置的颤振特性进行了大量研究[1““]。然而，对融合式、鲨鱼鳍式和阶梯式3种先进翼尖装置的颤振特性研究很少。对于融合式翼尖装置的一般的结论是，在马赫数为0．7～o．8的范围内，翼尖装置使颤振速度降低7％左右[2]。但是对后两种翼尖装置的颤振特性研究几乎是空白。到目前为止，还没有见到有文献研究过不同形式的翼尖装置对气动、颤振及重量特性的综合收益。本文利用数值模拟方法[]4-zs]，研究机翼在加装融合式、鲨鱼鳝式和阶梯式3种先进翼尖装

5、置后气动特性上的影响规律的同时，充分考虑翼尖装置对飞机的结构特性的影响和变化。重点考察3种先进翼尖装置在颤振临界速度形式上的区别及原因，并综合考虑颤振、重量与压心的关系，以及重量与阻力的关系对先进翼尖装置进行综合分析与评估口“，为飞机翼尖装置设计提供依据。收璃日期：2011-06-28；退修日期：2011-07—21；录用日期：20”一lO一19；网络出版时闻：2011-11-2513：0l网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929V20”1125，13D1．003．htmlDO!：CNKI：11．1929／V．2D”11251

6、301．003-X"通讯作者．Tel．：021-61241812E-mail：qianguangpin@gmail．cof*n孳

7、甩播武lQ／anGP。LiuP0，YangSP．eta／．Acomprehensivestudy∞wingtipdevicesinlargecivilaircraft．ActaAeronaut／caetAstro．nauticaSin／ca·2012，33(4)：634-639钱光平，超洚潘。场士警，等。大型客撬先进翼尖装i缘台特性研宠．靛空学摄．28{2。33‘4)：634-539．钱光平等：大型客机先进翼尖装置综合特性研究1计算

8、模型以某飞机机翼为基本翼，在此基础上加装3种类型翼尖装置，分别为融合式(Winglet1)、鲨鱼鳍式(Winglet2)和阶梯式(Winglet3)，如图1所示。图13种先进翼尖装置Fig．1Threekindsofwingtipdevices2计算方法2．1气动力计算控制方程与数值方法采用的控制方程为积分形式的三维Navier-Stokes方程。假定物体做非定常运动，且网格刚性地固连于物体一起运动。设流体的相对速度为q=面+可+诚，那么在直角坐标系下，积分形式的三维Navier-Stokes方程可写为未ⅢR∞+肛·nas一肛㈨dS㈣向量R、矩阵F和F。的表达

9、式分别为R=[Ppu∥严PE]7瞄00