翼梢小翼后缘舵面偏转对机翼气动特性影响研究

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1、第40卷第3期2010年5月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．3May．2010翼梢小翼后缘舵面偏转对机翼气动特性影响研究司亮，王和平(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：以大型客机某方案机翼为基本翼，基于N．S方程数值模拟的方法。研究融合式翼梢小翼后缘操纵舵面偏转对机翼空气动力特性影响。研究发现，翼梢小翼舵面偏使得机翼气动特性发生显著变化。一方面，偏转舵面导致了机翼最大升阻比的降低，然而它可以优化不同飞行阶段升阻比。其中，舵面外偏，机翼在阻力增加不大的条件下．

2、升力明显增大，有利于提高起飞、爬升性能；舵面不偏条件下升阻比最大，有利于提高巡航效率；舵面内偏，机翼阻力明显增大，有利于提高飞机着陆性能。另一方面，舵面偏转可以控制机翼翼梢涡的发展，有助于耗散机翼尾涡及激发翼梢涡自身的不稳定性而加速耗散。关键词：翼梢小翼；操纵舵面；翼梢涡中图分类号：V211．41文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)03．0052．05引言飞机减阻技术研究已经成为飞机设计的重要内容之一。而诱导阻力为飞机阻力的重要组成部分，对于大型运输机而言，巡航状态诱导阻力占飞机总阻力的30％～40％，在低速大迎

3、角飞行条件下所占的比重更大。可见，减小飞机的诱导阻力技术研究具有广阔的发展前景。数值模拟和飞行试验验证均证明机翼加装翼梢小翼是一种减小飞机诱导阻力的有效手段；此外，它还可以耗散强的翼梢涡，以减小对尾随飞机的威胁H。3J。然而，在通常情况下，翼梢小翼的设计是在某一特定的飞行状态下进行的，也就是在该设计状态下，翼梢小翼可以发挥其气动效率，而在非设计状态下，翼梢小翼起到的作用不大或起到副作用。可见，为追求翼梢小翼更高的气动效率，必须考虑如何在设计状态气动特性不损失的条件下提高非设计状态气动特性。就以上提到的问题，本文提出一种解决方案，在

4、翼梢小翼后缘加装类似方向舵的操纵舵面，通过偏转舵面改变翼梢小翼环量分布，来优化不同飞行阶段的气动特性。此外，通过舵面偏转可以实现对翼梢涡的控制。翼梢小翼可以产生两个小的集中涡，一个来自于翼梢小翼翼尖，另一各来自于基本翼翼尖与小翼的交接处，由于两股涡的旋转方向相反，所以在融合过程中两者相互抵消而达到加速耗散的作用。与此同时，翼梢小翼加装舵面可以增加尾涡自身的不稳定性，使其分解成旋转方向相反的小的集中涡，进一步加速其耗散HJ。本文主要通过数值模拟的方法，研究翼梢小翼舵面偏转对机翼气动力特性影响，找到不同舵面偏转与不同飞行阶段之间的对应

5、关系，从而实现通过舵面偏转优化各飞行阶段气动特性；另外，通过流场显示技术，研究翼梢小翼舵面偏转对尾涡特性的影响，为机翼尾涡控制技术研究提供依据。可见，就翼梢小翼舵面偏转对机翼气动特性影响开展深入研究，将会对翼梢装置设计提供新的思路，具有广阔的发展前景。1研究模型图1翼梢小翼带舵面模型本文以大客某方案机翼为基本机翼，在融合式翼梢小翼后缘加装类似方向舵的操纵舵面(如图1)，研究舵面内偏(8inbonrd<0。)、外偏(ou。洲>0。)对机翼气动力特性及尾涡特性的影响。舵面偏角变化范围为一30。≤6≤30。，A8=10。，具体几何尺寸如

6、图2所示。收稿日期：2009．10．29修订日期：2010．03—1l作者简介：司亮(1984一)，男，宁夏固原人，硕士研究生，研究方向飞行器设计。2010年5月司亮等：翼梢小翼后缘舵面偏转对机翼气动特性影响研究·53·图2翼梢小翼后缘舵面几何尺寸2气动特性分析2．1数值计算方法本文以雷诺平均的Navier．Stokes方程为基础，应用对接网格技术，基于有限体积的时间推进预处理方法进行数值模拟。其中对流项的离散采用耗散较小的MUSCL型的ROE格式，时间离散应用了基于LU—SGS的隐式格式。采用的湍流模型为SST两方程模型，采用双

7、时间显式四步Runge．Kutta时间推进格式求解。计算网格如图3所示，使用了多重网格技术加速收敛，计算残差收敛精度为10～。图3计算网格(6删=一20。)在以下两种飞行条件下，内向、外向偏转对机翼气动特性的影响。1)巡航状态(H=11．3kin，Ma=0．785，d=0。)2)起降状态(H=0kin，Ma=0．2，a=100)通过数值计算得到翼梢小翼带不同舵面偏角模型在巡航状态气动特性如图4、图5；起降状态气动特性如图6所示。图4带不同舵面偏角机翼气动特性随迎角d变化曲线2．2控制方程本文采用三维非定常可压缩平均Navier—S

8、tokes方程作为控制方程，贴体曲线坐标系(亭，叼，f)下三维无量纲化Navier．Stokes方程组可以写为：塑+丝+丛+篷：上f堕+堡+亟1oar’若。卸。西忍＼蘑’卸。西J在机翼表面的边界条件采用物面无滑移、无穿透、绝热壁条件，对定态机翼，即