Gurney襟翼对某型客机流动控制数值模拟

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1、航空学报ActaAeronaut／caetAstrOnauticaSin／caSep．252012V01．33No．91616-1623ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaa．educa文章编号：1000—6893(2012)09一1616—08Gurney襟翼对某型客机流动控制数值模拟刘沛清“，杨硕北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191摘要：为改善某型客机的起降性能，通过在机翼尾缘加装Gurney襟翼，对流场进行了数值模拟。埘该客机机翼的控制翼型安装不同高度的Gurney襟翼进行数值模拟，结果表明安装

2、Gurney襟翼可以提高多段翼型的升力系数和阻力系数，但会增强尾迹流动的不稳定性。将不同高度的Gurney襟翼应用于该客机的简化模型，机翼的大部分区域符合二维翼型研究得出的流动控制规律；在机翼外侧区域，Gurney襟翼使机翼附近流场中的翼尖涡发生了一定的变化。数值模拟的结果还表明，Gunney襟翼可以提高客机的升力系数，而且不会给飞机流场带来明显的改变。关键词：Gurney襟翼；多段翼型；后掠机翼；气动特性；数值模拟中图分类号：V224+．4文献标识码：A带有前缘缝翼和后缘襟翼的多段机翼是现代大型客机通常选用的增升装置，特别是多缝的后缘襟翼可以极大地提高机翼的性能。但是复杂的机翼结构会增

3、加结构重量以及制造和使用成本，因此现代客机在设计时，更青睐使用结构简单的三段机翼或四段机翼。如Boein9767、A330和A350等已成功运营的大型客机，均使用了三段机翼作为增升装置。为进一步提高客机的起降性能，设计者会附加使用一些简单的机械装置来满足设计要求，如Boein9767—300ER在襟翼上使用了涡流发生器Ⅲ，Gurney襟翼也是一种简单有效的机械增升装置。Gurney襟翼通常是l％～3％弦长高度的平板，垂直于翼型弦线放置于翼型下表面的尾缘处。它最初由赛车手DanGurney用于赛车头部的倒置翼型上口]，以增加向下的气动力，保证赛车在转弯时有足够的侧向摩擦力。由于Gurney

4、襟翼可以有效地改善翼型的气动特性，Liebeck[21将其引入航空界。自20世纪70年代开始，国外有大量的学者对其展开研究。在现阶段尚没有在客机上使用Gurney襟翼的先例。但国外研究人员已经通过风洞试验、流动显示试验以及数值模拟等手段进行了大量的研究，他们尝试在多种翼型以及飞机模型上安装不同类型的Gurney襟翼，发现Gurney襟翼可以有效地改善翼型的气动性能口’7]。可见，Gurney襟翼在航空领域存在极高的应用价值。中国学者Pan等∞3将Gurney襟翼用于改善超临界翼型以及三角翼的气动特性，并取得了一定的研究成果；杨炯等∽1尝试了在运输机模型上安装Gurney襟翼进行测压测力实

5、验；西北工业大学的周瑞兴等n0]针对多段翼型安装Gurney襟翼进行过测压测力实验，证实Gurney襟翼可以改善翼型的气动性能。但Gurney襟翼用于多段翼型以及大型客机增升装置的扰流机理在中国尚未见到这方面的研究报道。本文利用数值模拟方法，建立在多段翼型以收稿日期：2011—11—18；退修日期：2011-12-08；录用El期：2012-01-04：网络出版时间：2012—02—0109：43网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929．V201202010943．009htmI*通讯作者Tel：010-82318967E-mail：Ipq@buaaedu

6、GR歌甩格武：LluPQ，YangS．NumericalsimulationofflowcontroloveracertainaircraftwithGurneyflaps．ActaAeronaut／caetAstronaut／caSinica．2012．33(9)：1616—1623．朝沛清，杨硕Gurney襟翼对某型客机流动控韵教值模拟．航空学报，2012．33(9)；1616—1623刘沛清等：Gurney襟翼对某型客机流动控制数值模拟及飞机模型上安装Gurney襟翼的计算模型，通过计算流体力学(CFD)软件得出流场信息，分析Gurney襟翼的流动控制效果，研究使用Gurney襟翼

7、改善客机起降性能的可行性，为Gurney襟翼在航空领域的工程应用提供指导。1数值模拟验证为验证所用数值模拟方法的准确性，在30P30N翼型上进行验证计算。数值模拟所用的拓扑网格如图1所示，使用定常的数值计算方法得到的升力系数C。与试验所得的升力系数的对比如图2所示。在升力系数曲线的线性段，数值模拟结果与实验结果基本吻合。在大迎角下，由于翼型接近失速状态，流场中存在非定常的脱落涡，故数值模拟结果与实验结果存在一定的偏差。在本次研究中，