定常吹气对无缝襟翼翼型地面效应影响的数值模拟.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaJun．252017VoI．38No．6SSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb《萤buaa．educnDoI：10．7527／S1000一6893．2016．120751定常吹气对无缝襟翼翼型地面效应影响的数值模拟姜裕标1，王万波2’3一，常智强2，黄勇2’31．西北工业大学航空学院，西安7100722．中国空气动力研究与发展中心，绵阳6210003．空气动力学

2、国家重点实验室，绵阳621000摘要：随着对生产成本、性能和可靠性、环境要求的不断提高，未来运输类飞机的发展趋势是具有更大的载重、更短的起降距离、更低的污染排放和噪声，因此迫切需要采用更高效和简单的增升和控制技术，而采用狭缝吹气的主动流动控制增强升力的方式已经被证明是最值得研究推广的应用技术之一。而在分析飞机起降性能时，必须要考虑到地面效应的影响，因此有必要对采用吹气进行增升的翼型地面效应进行研究。通过数值模拟方法研究了定常吹气对某无缝襟翼翼型地面效应的影响，研究表明，近地面在襟翼前缘施加吹气控制

3、后，与远地面施加定常吹气控制相比，翼型升力线斜率和升力明显降低；小迎角下，动量系数为o．005时，升力随着距地高度的减小先减小后增加，动量系数增加到o．01后，升力随着距地高度的减小而减小；无缝襟翼翼型在不同动量系数和不同距地高度时出现的不同程度升力减小的现象，能直接影响飞机的起降性能，是采用吹气控制进行增升设计时必须考虑的因素。关键词：定常吹气；地面效应；数值模拟；流动控制；增升中图分类号：V211．4文献标识码：A文章编号：1000一6893(2017)06—120751一lO起降性能是运输类

4、飞机设计必须考虑的关键指标，增升系统设计是影响起降性能的主要因素，它不仅决定着载荷大小、操纵系统设计、飞机结构设计和飞机重量，而且直接影响增升系统的气动效率。对于常见的双发喷气飞机，最大升力系数增加1％，可以增加22名乘客或者载重量增加1996kg；起飞中，升阻比提高1％，可以增加14名乘客或者载重量增加l270kg；升力系数在线性变化范围内增加o．1，可以减小1。进场迎角，从而减小起落架的重量，使整机的空重减小635kg[1

5、。飞机设计者一直关注增升系统的优化和改进，并出现了克鲁格襟翼和多段缝翼

6、等，气动性能获得了明显的改善，而机构却趋向于更加复杂、超重和昂贵[2]。随着当前及今后对飞机生产成本、性能和可靠性，尤其是环境要求的不断提高，在飞机设计阶段就开始研发先进的高升力系统的需求愈发凸显和迫切[3]。1999年Mclean等指出现代流动控制最适合应用于高升力系统[4]，从那时起，在世界范围内广泛开展了主动流动控制的相关研究，其中采用狭缝吹气的主动流动控制增强升力的方式受到越来越多的关注[5。8]。当飞机接近地面飞行时，迫使被飞机扰动的气流方向朝着平行于地面的方向改变，作用在飞机上的气动力

7、也发生改变，这种现象被称作地面效应。地面效应影响与翼型的形状有关，对于对称翼型，数值模拟结果[91表明随着距地高度的降低，升力增加，阻力降低；对于有弯度的翼型，如收稿日期：2016-09—05；退修日期：2016-10—11；录用日期：2016．12-09；网络出版时间：2017．01．0414：33网络出版地址：www．cnkInet／kcms／detaII／11．1929．V．201701041433．002htmI*通讯作者．E．mai

8、：bowanw@163．com翻搠格武t姜裕标．I万渡

9、．常智强．等．定常吹气对无缝襟翼翼型地面效应影响的数值模拟iJj．航空学报．2017。38(6)：120751iJ

10、ANGY8·wANGWB，cHA}小BzQ，eta

11、Numer’calsimulat’c峨ofetfectofsleadyb

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15、．ngrounde竹ecl[∞．ActaAeronaul}caetAs打onaulIcasinIca，2017．38(6)：120751120751．1航空学报NACA4412翼型，试验结果[10]表明雷诺数

16、为3×105时在小迎角下升力随着距地高度的降低而降低，数值模拟结果[1妇表明雷诺数为6×106时根据迎角的不同，升力随距地高度的变化可以分为3种情况：中小迎角下，随着距地高度减小，压力面由于阻塞效应压力增加；大迎角下，随着距地高度减小，沿翼型弦向逆压梯度增加；负迎角下，翼型与地面形成收缩一扩张通道，导致翼型下表面产生较大的吸力。对于两段翼型，如带襟翼的NA—cA4412翼型，数值模拟结果[12]表明迎角对地面效应的影响与单段翼型类似；对于三段翼型，如30P30N翼型，数值模拟口3]