小攻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11月北京航空航天大学学报November2015第41卷第11期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．11http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0769小攻角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响靖振荣1，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

2、点实验室，绵阳621000)摘要：攻角是影响后掠机翼边界层横流稳定性的关键参数之一．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方程得到了扰动波的中性曲线及增长率演化曲线，基于线性稳定性理论(LST)研究了攻角对后掠机翼边界层流动稳定性的影响；最后采用转捩预测eN方法进行了转捩预测．研究发现，扰动波的增长在背风面受到抑制，在迎风面受到增强；转捩首先发生在迎风面，'-3扰动速度为来流速度的0．05％时，转捩

3、发生的Ⅳ值在6左右，转捩发生的位置在0．1～0．2个弦长之间．关键词：攻角；后掠机翼；流动稳定性；转捩；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)11—2177-07机翼作为航空飞行器上产生升力的重要部件之一，其设计的水平很大程度上决定了飞机性能的优劣．在飞机飞行阻力中，摩擦阻力是一个重要的组成部分，对于亚声速飞机，表面摩擦阻力占总阻力的50％左右⋯．使飞机在飞行时机翼表面尽可能长地保持层流状态是降低摩擦阻力的最有效的办法之一．因此，深入研究转捩机

4、理、预测转捩位置、防止或推迟转捩对机翼的优化设计和气动减阻有着十分重要的意义．飞机一般采用后掠机翼，其目的是提高飞行的临界马赫数、克服因接近音速飞行而急剧增大的空气阻力、提高飞行稳定性．在后掠机翼头部边界层内，由于压力梯度和后掠角的共同作用，使得与势流方向相垂直的方向有速度分量，称为横流‘2。．横流失稳是引起后掠机翼边界层流动转捩的主要因素口·。攻角是指机翼翼弦与自由来流方向的夹角，是机翼产生升力的主要因素之一，一般不为零．因此，有攻角的后掠翼成为人们的研究热点．在国外，Boltz等H1在低湍流风洞中对后掠机翼边

5、界层进行了研究，发现随着攻角的减小，同一位置出现转捩所需的雷诺数逐渐增大，转捩提前发生在机翼的迎风面．Haynes∞1采用非线性抛物化方程(NPSE)研究了横流涡的非线性特性和扰动幅值饱和特性，发现在小攻角下，横流扰动波的流向增长范围随着攻角的增加几乎呈线性增长．Dagenhart和Saric∞1实验发现～40攻角的NLF(2)-0415后掠机翼会产生较合适的压力梯度，对Tollmien—Schlichting(T—S)波有稳定作用，对横流涡的增长却有促进作用，采用eN方法预测的转捩位置的Ⅳ值范围为6．4～6．8

6、．Reibert和Saric¨1对后掠机翼边界层横流失稳及转捩的实验研究进行了综述．Bushnell等¨。总结了线性理论预测转捩位置的成果，认为在粗糙度和背景湍流度较小时，eN方法可以应用到马赫数、攻角、压力梯度、后掠变化等情况，而且当来流湍流度小于收稿日期：2014—12-08；录用日期：2015-01-23；网络出版时间：2015-04-0211：44网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150402．1144．011．html基金项目：国家自然科学基金(11

7、332007)；空气动力学国家重点实验室开放课题(SKLA201401)作者简介：靖振荣(1992一)，男，河北邯郸人，硕士研究生，zrjing@tju．edu．cn*通讯作者：黄章峰(1977一)，男，湖南宜章人，副教授，hzf@tju．edu．en，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：靖振荣，孙朋朋，黄章峰．小攻角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响口J．北京航空航天天学学报，2015，41(J1)2l77—2183．JingzR。SunPP，HuangZF．Effectofattac

8、kangleonstabilityand蛔ns‰ninaswept-wingboundary18yer￡J]JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(II)：2177·2183(inChinese)．2178北京航空航天大学学报2015年0．05％时转捩对应的Ⅳ值为9～11．Arnal等∽