后掠角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响

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1、2015年7月第41卷第7期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJuly2015V01．41No．7http：?}bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．(211DOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0540后掠角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响孙朋朋1，黄章峰“’2(1．天津大学力学系，天津300072；2．中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室，绵阳621000)摘要：

2、后掠机翼边界层流动稳定性及转捩对翼型的设计及优化有着重要的参考价值，而机翼后掠角是引起后掠机翼边界层横流失稳的关键参数之一．以NACA0012翼型为研究对象，通过求解三维可压缩Navier—Stokes方程计算了展向无限长后掠机翼的基本流场；通过求解Orr．Sommerfeld方程得到了扰动Tollmien．Schishting波演化的中性曲线及幅值曲线，研究了后掠角对后掠机翼边界层流动稳定性的影响；最后采用eN方法进行了转捩预测．研究发现，随后掠角的增大，横流强度和扰动幅值放大指数n均先增加后减小，且后掠角在400～50。之

3、间横流强度达到最大值．当后掠角在500左右时，用转捩预测eN方法计算的幅值增长指数Ⅳ值最大，导致转捩发生所需的初始扰动幅值最小，转捩最易发生．关键词：后掠角；后掠机翼；流动稳定性；线性稳定性理论(LST)；eN方法中图分类号：V211．1+9；0357．4+1文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)07．1313-09机翼是航空飞行器的重要部件之一，一般采用后掠机翼．在后掠机翼边界层流动中，由于后掠角和压力梯度的共同作用，使得与势流方向垂直方向有速度分量，这一分量称为横流⋯．横流速度剖面存在拐点，因此流动容易失稳

4、，属于无黏失稳．横流不稳定性是导致三维边界层流动转捩的主要因素旧1．深入研究横流不稳定性和准确的转捩预测对气动力计算和翼型优化设计非常必要，对航空飞行器机翼的气动减阻有着重要的经济价值‘¨1。后掠角是指从飞机的俯仰方向看，机翼平均气动弦长连线自翼根到翼尖向后歪斜的角度．为了克服因接近声速飞行而急剧增大的空气阻力，突破“音障”，提高飞机的临界马赫数，同时提高飞机的航向稳定性，人们在20世纪30年代提出了后掠翼飞行．后掠角是引起后掠机翼边界层横流不稳定性的关键参数之一．对于无后掠角的平直机翼，流动不稳定以黏性不稳定为主，而对于有后

5、掠角的横流机翼，流动以无黏的横流不稳定为主．不同的后掠角，除了对机翼的升力、阻力有影响外，对横流不稳定性强度以及转捩位置也有影响．近几十年，随着航空航天技术的发展，后掠角对机翼横流不稳定性和转捩影响的研究成为国内外研究的热点．早在1960年，Boltz等¨1在低湍流度风洞中研究了后掠角对低速后掠机翼边界层稳定性的影响，发现后掠角为50。时横流不稳定性达到最强．Haynes∞1采用数值方法对比了后掠角为35。、45o、55。时转捩预测eN方法得到的最大幅值增长指数Ⅳ，发现后掠角为550时得到的Ⅳ值最大．Dagenhart等一。实

6、验发现后掠角为45o时后掠机翼横流不稳定性最强．Bippes等潍4引、Malik收稿日期：2014-09-03；录用日期：2014—10-31；网络出版时间：2014-12—1708：40网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V。20141217。0840．002．html基金项目：国家自然科学基金(11332007)；空气动力学国家重点实验室开放课题(SKLA201301，SKLA201401)作者简介：孙朋朋(1989一)，男，山东德州人，硕士研究生，sunpp@tju．edu．e

7、n+通讯作者：黄章峰(1977一)，副教授，湖南宜章人，hzf@tju．edu．ell，主要研究方向为流动稳定性、转捩及湍流、直接数值模拟．引用格式：孙朋朋，黄章峰．后掠角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，41f7)：1313．1321．SunPP．HuangzF．Effectofsweepangleonstabilityandtransitioninaswept—wingboundarylayertJ3．]oumMofBeijingUniver-s西ofAeronauticsandAst

8、ronautics，2015，41(7)：1313-1321(inChinese)．1314北京航空航天大学学报2015矩等¨1

9、、Saric等¨2圳在三维边界层横流不稳定性及转捩机理方面都做了大量的研究工作．中国的研究人员大多关注低速情况下后掠角对流动结构、阻力系数、升力系