大湍流度对超低雷诺数下翼型受力及绕流的影响

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1、航空学报ActaAerOnautiCaelAStrOnauticaSinicaJan．252011V01．32No．141．48ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu，cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：lOoo一6893(20】1)O卜004卜08大湍流度对超低雷诺数下翼型受力及绕流的影响王庶，米建春*北京大学湍流与复杂系统研究国家重点实验室，北京l00871摘要：实验测量了超低雷诺数(尺r=5300)FNACAool2翼型在自由来流卜．的升力系数

2、和阻力系数。重点研究来流的湍流度对升力系数和阻力系数的影响．并进一步通过对翼型流场的研究揭示湍流度对翼型受力产生影响的机理。结果显示，低湍流度卜．升力系数和阻力系数均无失速特征；当湍流度提高。升力系数和阻力系数存12。～15。迎角下表现il{明显的失速特征。翼型流场的流动显示表明，自由来流的湍流度不仪对翼型边界层的流动有明显影响。而R对边界层分离后的剪切层流动状态有很大影响，使得翼侧在相同霄诺数和相同迎角卜I表现m完全不同的特性。并得i}{湍流度的增大和霄诺数的提高在影响翼型绕流形态及受力特征方面起着相似作

3、用的结论。关键词：湍流度；超低雷诺数；升力；流动最示；失速中图分类号：V2儿．41；V211．7；()357文献标识码：A长期以来，由于航天航空事业的蓬勃发展，针对高雷诺数(RP=L，，f～，其中U，为来流速度，f为翼型弦长，v为流体运动黏性)下翼型的研究有很多，而对低雷诺数(RP<5×loj)下萁型的研究则较少。近年来随着风力发电机、无人飞行器(UnmannedAerialVehicles)和微型窄中飞行器(Micro—airVehicles)等应用领域的兴起，低雷诺数翼型也逐渐成为研究的热点⋯。在对低雷

4、诺数

5、卜．翼，l!!的研究中，Huang等发现当雷诺数降到104以下，翼型会表现出不同于常规低雷诺数下翼型的特性，即分离泡失速现象开始消失汜J。此时翼型前缘分离的剪切层将不会及时发佳转捩并吞新附着翼捌表面，而是保持层流状态并与翼型完全分离，这将导致萁型产佳升力的能力显著下降。处于启动阶段的小型风机(RP=103～10j)和微型空中飞行器(RP=102～104)都涉及这段范围的雷诺数，即所渭的超低雷诺数。本文的研究对象就是超低雷诺数下NACAool2翼型绕流及受力的特性。目前针埘超低雷诺数下翼型的研究很少，仅

6、有文献[3]～文献[5]在数值模拟和实验方面对超低雷诺数下的翼型进行了测力和流场的分析以及总结了翼樱形状和雷诺数对翼型尾流和升力系数的影响，但并没有研究翼型的空气动力学性能受来流湍流度的影响。湍流度(T。一“7／U，其中“7为流速脉动值，【，为流速平均值)对于超低雷诺数下翼型来说是一个重要参数，因为在应用中翼型多处于湍流度较大的环境。例如风机处在大气层和风场中。会受到大气湍流和风机尾流湍流的双重影响。通常町以达到T。>10％。微型空中飞行器多用于特殊环境下的侦察，所处流场状态更不稳定。根据文献[6]～文献[

7、9]对常规低雷诺数(．RP一104～105)下翼型的研究，湍流度的增加能够提高翼型的动收稿日期：2010。04．16；退修日期：2010一05—10；录用日期：2010一05—31；网络出版时间：2010—11—1109：11网络出版地址：wwwcn¨nel／kcms／delail／11．1929．V．20101111．0911．010htmIDOI：CNK：”·1929／V．201011”．0911．010基金项目：Ⅲ家”973”计划(2007‘’I{714601)*通讯作者．Tel．：010—62767

8、074E-mail：Icmi@c∞．pIcue山．∞引用格武；z寤．_jl乏建毒．大湍流褒对趣低香带教下馨雪世力及绕流的影响(J-j．靛喹学报．2011．32t1)：41·48．Wangsbu．MjJianc№n．E匏dollargeturbulenceint￡!nsityonaimi

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10、oadanof

11、owLJI．AclaAeronauticaetasnonauticasinica．20¨．32t1)：41-48．42航空学报J舯．252011VoI．32No．1力学性能，如增加最大升力系数和失速角。但是

12、对于超低雷诺数下翼趔，由于失速现象消失，最大升力系数和失速角的概念已经不再适用。因而高湍流度的来流环境对翼型动力学性能是提高还是降低，值得深入研究。本文重点研究来流湍流度对超低雷诺数下翼型受力的影响。实验选用NACA0012翼型，在雷诺数尺P一5300的条件下，对不同来流湍流度下O。～25。迎角的翼型受力进行了测量。为了揭示湍流度对超低雷诺数翼型受力的影响．实验还综合运用激光多谱勒测速仪(I，aserDopple