增升装置微型涡流发生器数值模拟方法研究

《增升装置微型涡流发生器数值模拟方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan．252012V01．33No．111—21ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．Gnhkxb@buaa．edu．Gn文章编号：1000-6893(2012)01—0011-11增升装置微型涡流发生器数值模拟方法研究褚胡冰1，陈迎春2，张彬乾1’*，李亚林21．西北工业大学航空学院，陕西西安7100722．中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，上海200235摘要：针对数值模拟带微型涡流发生器(VG)的增升装置绕流过程中出现的

2、典型问题，研究相应解决途径。引入面搭接网格技术，避免传统结构网格方法造成的网格数量过大问题；在微型涡流发生器网格上采用特殊边界条件处理以分别对应有／无涡流发生器的状态，排除网格变动对计算结果造成的干扰；研发出了面搭接网格生成技术与特殊边界处理方法结合的求解加装微型涡流发生器的增升装置流动数值模拟方法。研究结果表明：该方法在处理增升装置这类复杂外形、复杂流动问题以及加装涡流发生器的流动控制问题时，具有良好的数值计算精度，能够满足研究需要，为开展涡流发生器精细设计和参数优化的数值模拟研究提供了可靠的技术途径。关键词：增升装置；流动分离；流动控制；微型涡流发生器；数值模

3、拟；面搭接；湍流模型中圈分类号：V211．3文献标识码：A涡流发生器(VG)是国际上正在积极发展的一种基于控制边界层分离原理的高效增升减阻技术。用于防止飞机因气流分离造成的一些偏离现象，如：抖振、上仰、机翼下坠、摇摆及失速尾旋等。由于涡流发生器不需要改造飞机基本构型，且使用简易、方便，控制效果显著，因此，自提出以来，不断更新发展。成为现有飞机上控制湍流边界层分离应用最为广泛的一种被动流动控制技术。波音(Boeing)公司、空客(Airbus)公司和美国国家航空航天局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA)等国

4、外研究机构投入了大量人力物力，开发研究各种新型涡流发生器。增升装置设计是大型飞机研制的关键技术之一，直接影响飞机的起降、安全及爬升性能[1]，并极大地影响飞机的噪声水平、使用维护成本和市场竞争能力[2]。影响增升装置效率的主要原因是后缘襟翼大偏度状态其上表面发生的流动分离，这将导致升力损失、阻力和噪声剧增。涡流发生器是控制襟翼分离，提高增升装置效率的有效措施，具有“四两拨千斤”的作用。NASALangley研究中心的Lin等[3]在其低雷诺数循环风洞中研究了微型涡流发生器在Doglas三段翼型上的应用。研究结果表明：在后缘襟翼上加装微型涡流发生器取得了很好的效果，

5、分别使升力提高10％、阻力减小45％、升阻比提高80％以上。Air—bus公司[4]也对利用涡流发生器改善现有飞机增升装置气动性能开展了深入研究，在A340飞机上通过计算流体力学(CFD)、风洞试验和飞行验证等方法进行亚边界层涡流发生器控制襟翼分离流动的相关研究。据称，可使A340着陆状态的襟翼可用偏角增加3。，升力增加2．2％。收稿日期：2011．03．29；退修日期：2011-05．16；录用日期：2011．06．15：网络出版时闻：2011．07．1209：04网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detall／11．1929．V．2011071

6、2．0904．002．htmIDOI：CNKI：11-1929／V．20110712．0904．002*通讯作者．Tel．1029-88494846E-mail：bqzhang@nwpu．edu．011}

7、焉辖武lChuHB．ChertY0·Zhang8o。eta1．InvestigationofnumericalsimulationtechniqueformicrovortexgeneratorsappliedtomghriftsystemActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2012．33t”l¨-21．褚胡冰．睬避蠢．张彬乾

8、．莘．增升装I微型；i

9、I}漉发生器数值模拟方法研究．航空学报．20{2。33(”I¨-21．12航空学报涡流发生器的研究手段大致分为3种：风洞试验、数值分析和飞行验证。目前，主要采用以风洞试验为主、辅以飞行验证的研究途径。鉴于所涉及的流动现象极为复杂，设计参数多、综合性强与难度大等研究中存在的问题，导致研究周期长、费用高、风险大以及增升效果不理想等。近年来，随着计算机技术和先进数值格式的发展，求解基于可压缩雷诺平均Navier—Stokes(RANS)方程的CFD技术在流动控制研究中开始发挥重要作用。法国国家航天航空研究中心(oNERA)的Brunet等[5]开

10、展了涡流发