鸭式布局地效翼数值研究

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1、第40卷第4期2010年7月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．4Jul．2010鸭式布局地效翼数值研究李玉龙，杨撵，杨志刚(同济大学上海地面交通工具风洞中心，上海201804)摘要：针对地效飞行器气动特性和纵向静稳定性这两个重要问题。应用数值模拟的方法对鸭式布局地效飞行器进行了研究。在鸭式布局中，主翼和鸭翼互相干扰，流场比较复杂。简化了地效飞行器模型，只考虑了主翼和鸭翼，通过改变鸭式布局地效飞行器中鸭翼相对主翼的位置和角度，分析其对气动特性和纵向静稳定性的

2、影响。关键词：地效飞行器；计算流体力学；鸭式布局；纵向静稳定性；气动中心中图分类号：V212文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)04．0027．04引言鸭式布局地效飞行器是相对于常规布局而言的，即主翼之前有前翼而主翼之后没有平尾的布局。几十年来，国内外对鸭式布局机翼进行了大量研究，对此类机翼布局流动的基本特性进行了探索，其结论是鸭翼的安置位置对鸭式布局至关重要。鸭翼与主翼相对位置和角度对整个机翼的气动特性和纵向静稳定性都有一定影响，正确预算不同形式鸭式布局，对设计者来说是很重要的。然而，与飞机

3、不同的是，在近地面(水面)飞行时，地效飞行器的空气动力不仅与迎角有关，而且还与飞行高度有关，因而影响其气动特性和纵向静稳定性的因素更为复杂[1。2]。地效飞行器的气动布局设计过程中，一方面要充分利用地面效应来提高地效飞行器的气动效率，另一方面还要通过合理设计气动布局以保证地效飞行器的纵向静稳定性。对于地效飞行器稳定性问题，Irodov提出了地效飞行器纵向静稳定性的一般性准则p1。本文利用CFD(ComputationalFluidDynamics)方法，通过改变鸭式布局地效飞行器中鸭翼相对主翼的位置和角度，对鸭

4、式布局地效飞行器在地面效应下空气动力特性和纵向静稳定性做了进一步研究，分析了鸭翼在不同安置方式下对鸭式布局地效飞行器空气动力特性和纵向静稳定性的影响。1数值方法CFD是一种方便可行的数值方法。对地面效应的模拟需要考虑地面(水面)与飞行器之间的相互作用和位移。CFD方法对此类问题的模拟已经得到普遍认同。本研究采用简化的主翼和鸭翼组合作为研究模型，利用FLUENT软件求解定常不可压N—S方程，雷诺数Re=6×106(基于主翼弦长)，采用Realizablek一占湍流模型。地面采用移动地面边界条件模拟地面与飞行器的相

5、对运动。地效飞行器飞行高度h定义为主翼后缘到地面的距离，c为机翼弦长。三维计算基本模型及网格如图1所示。图1三维计算网格在地面效应下，为保证在纵向上的静稳定性，地效飞行器的气动参数必须满足两个条件：与常规飞机一样，地效飞行器在地效区首先必须保证迎角静稳定性：c。0。其中，髫。为高度中心，戈。为迎角中心。各气动导数均采用体轴收稿日期：2010一01．11基金项目：长江学者和创新团队发展计划资助项目作者简介：李玉龙(1983一)，男，陕西榆林人，硕士研究生．研究方向为空

6、气动力学。·28·航空计算技术第40卷第4期系坐标。迎角稳定性准则可以通过合理选择重心位置来满足，而重心的位置对迎角中心和高度中心的相对位置影响很小。地效飞行器设计中，往往将重心布置在高度中心和迎角中心之间，并且靠近高度中心，这样有利于改善动稳定性和操纵性【4J。为方便分析本文采用风轴系坐标，坐标原点位于主翼前缘。因此高度静稳定性准则变为‰一‰

7、用的翼型如Clark．Y在地面效应下迎角中心和高度中心分布在相对于机翼前缘1／4—1／3弦线位置。并且，在地效区飞行时单独的Clark．Y翼型不满足高度稳定性准则。采用这种翼型0_u000．060．070．080．090．1h／c(a)升力，Q=5。的地效飞行器往往通过安置较大的尾翼实现纵向静稳定性和飞行控制。显然，这类翼型不适合于鸭式布局。s一型翼型是适合于在地效区飞行的一种理想翼型。单独的N60RS一型翼型在地效区可以满足纵向稳定性。计算中，考虑了以下三种情形，1)保持鸭翼和主翼在Z轴方向(垂直地面向上)的

8、距离为Z：=0．2c，鸭翼的迎角为a’=00，设定鸭翼后缘和主翼后缘在X轴方向(与风轴一致)的距离分别为X，=1．0c(近距鸭式布局)，X：=1．3C，X，=1．6c(远距鸭式布局)；2)保持鸭翼后缘和主翼后缘在x轴方向的距离为X2=1．3c，鸭翼的迎角为a’=00，设定鸭翼和主翼在Z轴方向的距离分别为Z，=0，Z2=0．2c，Z3=0．4c；3)保持鸭翼和主翼在z轴方向的距离为Z：=