起落架舱对运输类飞机机身阻力特性的影响研究

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1、第40卷第4期2010年7月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40N0．4Jul．20lO起落架舱对运输类飞机机身阻力特性的影响研究郑隆乾，杨永(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：通过对后体上翘的运输类飞机机身(机身+起落架舱)的CFD数值模拟，研究了起落架舱对机身最小阻力攻角的影响。结果表明：对于后体上翘较大的运输类飞机，相对于净机身，加上起落架舱后，机身阻力增加，但最小阻力攻角明显减小。关键词：上翘后体；起落架舱；小阻力；攻角；CFD；数值模拟中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671．654X(201

2、0)04．0056．03引言飞机设计中，在机翼的设计完成后，需确定合适的机翼安装角，这就要求考虑到机身构型的阻力特性，以达到飞行时的最佳升阻比。因此，了解机身构型的阻力特性，找到构型的最小阻力攻角，能在确定机翼安装角时提供参考，使飞行性能达到最优。而起落架舱作为机身上较大的部件，会对机身构型的阻力特性产生较大的影响，所以，确定机翼安装角前，应了解机身+起落架舱构型的阻力特性。运输类飞机为了在后舱门开口长度最小的情况下保证货物要求的开口尺寸，往往使机身尾部急剧地向上倾斜，使得后体上翘角增大，但这样做的坏处是较大地增加了机身阻力。从文献[1]中可知，上翘后体引起了横向流动，使横向逆压梯

3、度增大、底部边界层增厚，导致后体出现分离流动。本文针对某运输机机身／机身+起落架舱构型进行了CFD数值模拟，探讨了起落架舱对具有上翘后体的机身的阻力特性的影响。1研究构型图1机身构型构型为某运输机机身部分，由前体和后体两部分组成。后体长￡。约占机身长度的40％，机身后体上翘角口为17。，后体背部略平。如图1所示。为方便计，本文中用A构型表示净机身构型，用B构型表示机身+起落架舱构型。2数值计算方法机身后体具有较大的上翘角，易发生分离，流动复杂。为了更好地模拟流动，本文采用求解N—S方程作为数值计算手段。2．1控制方程采用的主控方程为三维积分形式的雷诺平均N—S方程(RANS)：去皿

4、，QdV+妙刊s=o(1)其中，y为控制体体积，Q为守恒变量矢量，s为控制体表面，为通过表面的净通量矢量，包含粘性项和无粘项，刀为表面S的单位外法向矢量。以有限体积方法构造空间离散格式，无粘通量项的离散，采用迎风型通量差分分裂格式(Flux—Differ-enceSplitting)，该格式本身带有耗散性，无需加入人工耗散项，FDS格式有较高的间断分辨率和数值模拟精度，而对于粘性项，采用二阶中心格式进行离散。时间推进上采用的是隐式近似因子化法(ApproximateFac—torizationMethod)，在每一个空间方向上独立进行隐式求解运算。利用当地时间步长，多层网格逐层迭代

5、及多重网格(Muhigrid)法加速收敛。采用SA湍流模型。收稿日期：2010．01．18作者简介：郑隆乾(1984一)，男，湖北宜昌人，硕士研究生。研究方向为理论与计算流体力学。2010年7月郑隆乾等：起落架舱对运输类飞机机身阻力特性的影响研究·57·2．2边界条件物面采用无滑移条件，远场采用自由流条件，机身对称面采用对称边界条件。2．3计算网格使用网格生成软件ICEM—CFD生成C—O型三维空间流场网格。物面流向329点，周向129点，法向89点，附面层起始距离4×10～nl。物面距远场15倍机身长度。如图2所示：图2计算网格2．4计算状态讹=0．55，单位长度雷诺数Re：=5

6、．2×106，计算攻角a范围为一3。～12。。3结果及分析3．1阻力特性曲线图3阻力特性曲线图3为两构型的阻力特性曲线，其中CD，C踟和C肼分别为阻力系数、压差阻力系数和摩擦阻力系数。从曲线可以看出：1)在计算的攻角范围内，与A构型相比，B构型的CD，C却和Cw均有增加；2)同一构型浸湿面积不变，摩擦阻力基本不随攻角变化；3)阻力的增加以压差阻力的增加为主导；4)最小压差阻力攻角与最小阻力攻角相同；5)构型的最小阻力攻角，A构型为80，B构型为5。，亦即加上起落架舱后的最小阻力攻角减小30。3．2总压分布图4是两构型后体从0．54L到0．97L站位相同解析度下的总压云图及等值线：图

7、4相同解析度下的总压云图及等值线从已有结论及图4中可以看出：1)影响A构型总压损失的因素主要是摩擦、后体上部或下部的分离；对于B构型，除了上述因素外，起落架舱引起的分离也带来了总压的损失。2)后体上翘会引起横向流动，产生分离。随着攻角的增大，分离涡逐渐由下涡系发展成上涡系，亦即流动分离逐渐由后体下部分离发展为后体上部分离。3)起落架舱尾端存在较强的高压区，形成较大的逆压梯度，造成流动分离；分离在向下游发展的过程中增强。并且分离涡随攻角的增大逐渐上移。4)相同攻角下，B