双后掠鸭翼气动特性的数值模拟

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252014V01．35No．2427．435ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．eduCRhkxb@buaaedu．crl双后掠鸭翼气动特性的数值模拟李春鹏1’2，刘铁中1’*，蒋增羹1，秦加成11．中国航空工业空气动力研究院低速高雷诺数重点实验室，黑龙江哈尔滨1500012．中国航空工业空气动力研究院高速高雷诺数重点实验室，辽宁沈阳110034摘要：首先针对具有中等前缘后掠角梯形鸭翼的缺点提出双后掠鸭翼概念，然后分别

2、对安装梯形鸭翼和双后掠鸭翼的近距耦合鸭式布局的气动性能进行数值模拟研究，分析影响双后掠鸭翼气动性能的流动机理。研究表明：在大迎角时，对于双后掠鸭翼，具有较大前缘后掠角的外翼段可以使鸭翼涡在涡核破裂后仍能形成稳定集中涡并保持较高的强度，增加鸭翼本身的失速迎角，并通过诱导作用改善机翼外翼段流场，进而提高全机大迎角性能，但在小迎角时会破坏鸭翼附着流或前缘气泡涡的发展，造成略微的升力损失。拥有较大失速迎角的双后掠鸭翼在小迎角时具有较大的可用偏度，可以增强布局的抬头控制能力。双后掠鸭翼在满足隐身约束的前提下．超声速阻力较小，具有较好的超声速性能。关键词：鸭式布

3、局；双后掠鸭翼；大迎角；可用偏度；超声速阻力；数值模拟中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)02—0427—09自从研究[1‘2]发现近距耦合鸭式布局的气动优势并成功应用于SAAB一37的飞机设计之后，近距耦合鸭式布局受到普遍重视并开展了大量研究。这些研究大致分为工程应用研究和流动机理研究两大类[1]。工程应用研究的主要内容是外形参数变化的影响，如鸭翼偏度影响[3]，鸭翼上反角及相对机翼位置影响[4。51等。流动机理研究主要是不同鸭翼构型在不同迎角状态下鸭翼与机翼之间的相互影响研究，如中小迎角下鸭翼与机翼的相互

4、干扰[6。7]，大迎角状态的涡系干扰[8]、涡系结构[9]。早期研究所用模型的鸭翼和机翼多为大后掠三角翼，随着研究的深入，人们也开始研究鸭翼或机翼在前缘后掠角较小时流场的涡系结构[9]，以及不同机翼平面形状的鸭式布局，如鸭翼双三角翼布局[10

5、、鸭翼边条翼布局口订等。随着计算流体力学的发展，人们除了应用传统的试验方法外，也越来越多的应用数值模拟技术进行鸭式布局气动特性的研究[12’14

6、。近距耦合鸭式布局因为在低速大迎角性能、超声速巡航性能上具有的气动优势成为先进气动布局研究中的重要内容。在新一代战斗机的气动布局研究中，对近距耦合鸭式布局提出了许多新

7、的要求，如采用具有中等前缘后掠角的机翼[1引，进一步提高全机的最大升力系数，以及考虑外形隐身约束口53等。由此确定的鸭翼和机翼因为采用中等前缘后掠角，在大迎角阶段均不能产生很强的前缘涡，尽管此时鸭翼和机翼仍然可以在大迎角阶段通过诱导作用[91实现增升[15

8、，但鸭翼本身较小的失速迎角限制了布局性能的提高。对于具有中等前缘后掠角的鸭翼，为了使其能够产生足够强度的鸭翼涡，从而扩大鸭翼的失速迎角，改善布局的大迎角性能，本文提出了一种新的鸭翼收藕日期：2013—04-23；退修日期：2013—05．22；录用日期：2013—07—12；网络出版时问：2013

9、—07—1613：41网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20130716．1341002．hlmI*通讯作者．Tel．：0451—87570165E-mail：liutiezhong@gmailcom引用格武iLiCP．L’uTZ，JiangZY．eta1．Numericalsimulationontheaerodynamicpe#ormanceofthedoublesweptcanard[J2ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2014．35(2)：427-435

10、．李春鹂．铷铁中．蒋增羹，等?双后掠鸭翼气动特性的数值模拟iJI，航空学报．2014，35(2)：427-435航空学报平面形状——具有双前缘后掠角的双后掠鸭翼，并利用数值模拟方法对此类鸭翼的气动特性进行了研究。1计算模型及方法1．1计算模型将具有中等前缘后掠角机翼的翼身组合体作为基本模型，据此安装梯形鸭翼和双后掠鸭翼构成近距耦合鸭式布局，计算模型如图1所示。图1(a)为翼身组合体示意图，采用旋成体机身、中等前缘后掠角的小展弦比菱形机翼，机翼无下反。图1(b)和图1(c)为不同鸭翼在机身上的安装示意图，梯形鸭翼和双后掠鸭翼的外露面积和展弦比相同，两鸭

11、翼外露根弦后缘点与机翼外露根弦前缘点水平距离均为0．55m。鸭翼外露根弦在机翼弦平面内，鸭翼上反10。。机翼