机身前体横截面形状对三角翼涡破裂位置的影响

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1、航空学报AetaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug.252011Vol32No.81400-1410ISSN1000.6893CN11-1929/Vhttp:#hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn文章编号:1000—6893(2011)08—1400—11机身前体横截面形状对三角翼涡破裂位置的影响李栋*,付海鸣,张振辉,杨茵西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室,陕西西安710072摘要:通过求解三维定常雷诺时均方程,采用剪切应力输运(SST)湍流模埠

2、,在亚声速范围内,分别对融合体前体一三角翼组合体和旋成体前体一

3、三角翼组合体流场中翼涡破裂现象进行了数值模拟。模拟结果显示:与旋成体前体相比,在中、大迎角时,融合体前体的分离涡,涡量集中、强度高,进入机翼上方流场后,能够与翼涡密切耦合,彻底地改变翼涡强度的分布状态,显著地延迟翼涡破裂。在此基础上,对融合体前体延迟翼涡破裂的机理进行了深入探讨。通过对模拟结果的对比分析,可得出下述结论:(1)机身前体横截面形状对翼涡强度的分布状态有着重大影响;(2)翼涡强度的分布状态对翼涡破裂位置有着重大影响,保持翼涡强度递增,有利于形成轴向顺压梯度,是延迟翼涡破裂的一个重要措施。关键词:数值模拟;融合体前体;三角翼;涡流强度;涡流破裂中图分类号:V211.4文献

4、标识码:A高机动性和良好的大迎角性能是战斗机气动设计中的重要课题。20世纪80年代以来,融合体前体(ChineForebody)逐渐步入了战斗机发展的历史舞台。融合体前体是一种带有尖锐侧缘,横截面类似于超椭圆形的前体,该类型前体因能降低雷达反射面积而具有良好的隐身性能[1]。同时,由于融合体前体的分离线固定在尖锐侧缘的两侧,因此,中、大迎角飞行时,其分离涡结构上类似于大后掠尖前缘三角翼的前缘涡,呈圆锥型、流动稳定、对称性良好且强度极高。这些都极大地提高了战斗机的纵向和横向稳定性。几十年来,众多学者围绕如何进一步完善融合体前体的气动性能投入了大量的研究工作,使其成为新一代战斗机研制中

5、的关键技术之一[2]。大迎角飞行时,战斗机的流场是涡流主控的流场,翼涡破裂将直接导致机翼摇滚、升力下降以及全机俯仰力矩骤变等恶劣现象的发生,因此延迟翼涡破裂是提高战斗机大迎角飞行品质的关键环节之一。融合体前体产生的分离涡不仅影响融合体前体自身的气动分布,当它们与战斗机其他部件的分离涡相互作用时,还影响其他部件的气动分布,例如边条翼、三角翼等。Erickson和Hall等曾利用风洞和水洞试验[3‘4],在相同来流的条件下,对融合体前体一三角翼组合体和旋成体前体一三角翼组合体的气动性能进行了对比研究,并发现与旋成体前体相比,融合体前体能够显著地延迟翼涡破裂,从而增大机翼升力,延迟机翼失

6、速。Erickson等认为,这是因为融合体前体的分离涡强度高,能与三角翼涡耦合,而旋成体前体的分离涡强度低,不能与三角翼涡耦合。本文采用Erickson等的对比研究方法,以计算流体力学(CFD)为手段,对融合体前体延迟翼涡破裂的机理进行探讨,以期对战斗机的研制提供相关参考。收稿日期:2010-11—17;退修日期:2010—12-27:录用日期:2011-03-30;网络出版时间:2011.05.0911:55:48网络出版地址:WWWcnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20110509.1155.004.htmIDOI:CNKI:11-1929/V.20

7、110509.1155.004基金项目:国家自然科学基金(10772149)"X-通讯作者.Tel.:029—88460290E—mail:Idgh@nwpu.edu.crl戤角梧武I季栋,付海呜.张振辉,等.机身嚣体横截面形抗对三角翼涡破裂位置的影响£JI.航空学报。201I。32(8):1400-1410LiDong,FuHaiming,ZhangZhan加i.eta1.Influenceofforebodycross-sectionalshapeondeItawingvortexburstlocation£如ActaAeronauticaetAstronauticaSinic

8、a.2011.32(8)}·1400-1410.车栋等:机身前体横截面形状对=角翼涡破裂位置的影响1计算模型与计算方法1.1计算模型计算模型选用Erickson等01在风洞试验中所使用的融合体前体一三角翼组合体和旋成体前体一三角翼组合体这两种模型(定义机头顶点为原点,z轴方向沿机身方向,Y轴和z轴方向符合右手坐标系),有关Erickson前体的几何形状以及横截面图形的详细描述,可参见文献E53和文献E63。机翼使用了切尖平板,详细的几何描述可参见文献[3]。图1给出了

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