翼吊发动机短舱对增升装置气动特性影响研究

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1、第40卷第6期航空计算技术V01．40No．62010年l1月AeronauticalComputingTechniqueNov．2010翼吊发动机短舱对增升装置气动特性影响研究邱亚松，白俊强，黄琳，朱军(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：增升装置的气动效率对于全机整体性能有重要影响，而当代大多数跨音速运输类飞机均采用翼吊发动机布局。通过对有、无翼吊短舱的两个三维增升装置的数值模拟，研究了翼吊发动机短舱对于增升装置气动性能的影响。结果表明，翼吊发动机短舱会严重恶化增升装置的气动性能。流动机理分析表明，短舱挂架与机

2、翼前缘结合处的缝翼缺口及大迎角时绕过短舱的分离气流是造成增升装置气动性能恶化的两个主要原因。关键词：翼吊短舱；三维增升装置；流动滞止；数值模拟中图分类号：V211．46；V224．2文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)06-0086—04引言增升装置对于飞机的整体性能有重要影响。对于一架常规的喷气式商用飞机来说，起飞时全机升阻比增加1％将增加1270kg的商载；着陆时增加1．5％的最大升力系数将增加3000kg的商载；在下滑角一定的情况下，升力线线性段0．1的增量可使飞机迎角减少1。，对于给定的擦尾角，允许起落

3、架高度减少35．56cm以及空重减少635kg¨-3j。干净构形三维增升装置的流动已相当复杂嵋’4J，而当代的大型干线运输类飞机大都采用翼吊发动机的常规布局。机翼下方的发动机短舱使得真实飞机增升装置流动更加复杂瞪]。一般情况下，翼吊发动机短舱将使全机增升装置最大升力有较大损失。具体损失量与发动机短舱和机翼的相对位置有关旧J。国外关于这方面的研究已经相当深入，并发展了一系列控制措施，但少有从机理上阐述问题本质的文献[1—3，5—6]。国内在这方面还未见有公开发表的研究文献。本文运用数值模拟的方法，比较了带翼吊挂架及发动机短舱的增升

4、装置和不带翼吊挂架及发动机短舱的增升装置的流场特征。通过对流动现象的仔细分析，从流动机理上解释了翼吊发动机短舱对于增升装置气动性能的影响。1计算模型及计算方法1．1计算模型不带发动机短舱的增升装置着陆几何模型如图1(a)所示，增升装置由前缘缝翼、主翼、后缘襟翼组成，该模型命名为NP．OFF。图1(b)为在该模型上加装发动机短舱后的几何模型，命名为NP．ON。翼吊的发动机短舱位于内翼段外侧下方。发动机短舱分为内外两个涵道，由挂架与机翼相连。由于挂架的存在，NP．ON构形的前缘缝翼在挂架与机翼前缘连接处被切除了一小段，形成了一个前缘

5、缝翼缺口。圈1三维增升装置几何模型示意图1．2计算网格由于对复杂外形生成结构网格比较困难，有些情况下几乎无法生成。所以对于类似带翼吊发动机短舱的三维增升装置几何构型，普遍采用非结构网格。但在单个网格单元最大尺度相同的情况下，非结构网格的耗散比结构网格要大得多，尤其是对于有强剪切流收稿日期：2010．06．21作者简介：邱亚松(1986一)，男。湖南常德人，硕士研究生，研究方向为飞行器设计。2010年11月邱亚松等：翼吊发动机短舱对增升装置气动特性影响研究·87·动的情况。本文计算过程中，所有构形均采用多块结构网格，物面附近采用O

6、网格，以保证对附面层流动的准确捕捉。NP．OFF构形流场网格单元数1050万，NP．ON构形流场网格单元数1850万。图2(a)为NP．OFF构形流场网格，图2(b)为NP．ON构形流场网格及其在短舱处的局部放大。图2计算网格1．3计算方法本文采用的控制方程是三维可压缩非定常N-S方程的积分形式。其在直角坐标系下的表达式为：去ⅢnQdV+舻(”以dS=儿G(”力dS(1)上式中各个变量的具体定义见参考文献[7]。采用格心格式的有限体积法对控制方程进行离散。设网格单元i，其控制体记为皿，定义Qi为琨内的各物理量Qi的平均值，并假设

7、在网格的格心Qi=Q；，则方程(1)在Q内可以近似的写成如下形式：警皿聩dy一此砌hdS+儿G(”厅dS其中00i表示B的边界。上式在单元观上离散为：警=一警这里K是单元体以的体积，Ri和彤分别是单元体Q的无粘通量和粘性通量，Ri=∑Fk。f(Q)’n¨ASk．i《=∑G¨(Q)·n¨△s¨其中Ⅳ表示网格单元i的面的总数，nk是网格单元,ii的第k个面的外法线的单位矢量，AS“是这个面的面积，R．；(Q)和G¨(Q)是此面上的，(Q)和G(Q)的平均值，在数值计算中，用面心处的F(Q)和G(Q)的值近似代替面上的平均值。空间离散

8、格式为二阶迎风Roe格式。时间推进方式采用LU．SGS隐式时间推进算法。该算法不像常用的隐式算法需要大量的矩阵计算和存储空间，有利于提高计算效率。同时可以证明，对于LU-SGS方法，由于作积分裂时引入交叉项，因此在时间方向不到一阶精度，但是这并不影响格式显式部分