民机风洞试验半模垫板高度对气动特性的影响.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252017V01．38No．5SSN1000-6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．educnhkxb@buaa．edu．ca民机风洞试验半模垫板王继明*，刘亦鹏上海飞机设计研究院，上海201210高度对气动特性的影响摘要：半模作为提高大型商用飞机风洞试验雷诺数的一种模拟手段而被广泛应用。首先回顾了半模试验的模拟方式及其优劣，进而选取当前发展趋势的附面层垫板作为研究对象，采用数值模拟研究了垫板高度变化对气动特

2、性影响的内在机理。数值模拟结果和试验吻合较好，数值计算采用速度分布人口可以较好模拟风洞核心段边界层厚度，计算值和试验值更加接近；垫板高度的增加使得升力系数增加、阻力系数减小及俯仰力矩系数增加；垫板在机翼上游区引起的上洗使得机翼沿展向各剖面当地迎角增加5％、动压增加1％，从而使得机翼上翼面压力分布朝负值方向移动。有别于以往认为垫板的洗流只影响内侧机翼，结果表明垫板影响范围扩展至全翼展，当地迎角的增加是主要影响因素，垫板对机翼展向各剖面影响量值不一致，对内侧机翼影响较大。所得结论可更好用于民机半模风洞试验的开展，具有一定的

3、工程实用性。关键词：半模；风洞试验；垫板；边界层；气动特性中图分类号：V211．753文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)05—120429—09长期以来风洞试验被用作获取大型商用飞机[11气动数据及研究飞机气动特性的重要工具，而风洞试验能够达到的雷诺数远远小于飞行雷诺数。雷诺数是影响飞机气动特性尤其是失速及分离特性的重要参数。通常雷诺数的影响都有一个敏感范围，即当雷诺数在该范围内时气动特性随雷诺数变化剧烈，当雷诺数较高时气动特性随雷诺数变化较为缓和。因此增加试验模拟的雷诺数或尽可能地使试验模拟的雷诺

4、数超过敏感范围能获取更加可靠的试验数据，同时也降低了将试验雷诺数外推到飞行雷诺数进行数据修正的风险。半模试验是一种较为经济的获取较高雷诺数的手段，在相同尺寸的风洞中半模试验的雷诺数较全模大一倍。对于目前中国4m×3m量级的风洞，全模雷诺数一般为1．4×106，而对于目前大型商用飞机其雷诺数敏感范围一般在6×106以下，在雷诺数为3×106时，气动特性变化尤为剧烈，可见半模试验可有效避开该敏感范围。半模试验可以在不增加模型加工及试验成本的基础上增加雷诺数，可以模拟更加细节的部位，无支架干扰；缺点是半模的机身对称面流动和实

5、际不符，半模机身及内侧机翼与风洞洞壁的干扰较全模大，因此如何使半模对称面、机身及内侧机翼的流动更加接近实际情况是国内外研究的核心内容。半模通常采用附面层垫板使得模型远离风洞壁面来减小洞壁对模型的干扰，有研究[2]表明垫板厚度约在2艿”(艿”为空风洞核心段附面层位移厚度)模拟效果较好，且升力系数随着垫板厚度的增加而增加。NASA亦有研究表明[31垫板厚度收稿日期：2016—05．11：退修日期：2016—06—01；录用日期：2016—08．05；网络出版时间：2016—08—1608：59网络出版地址：WWW．cnki

6、．net／kcms／detail／111929V．20160816．0859002．html基金项目：航空科学基金(20153240003)；民用飞机专项科研(MJ一2014一F·04-01)*通讯作者．E-mail：wangjiming@comac．cc引用撂武。壬继明．赳亦鸦民机风涌试验半模垫板高赛对气动特性的彩响￡西．航空学报，2017．38(5)；120429。WANGJM。LIUYP．Effectsofhalfmodelpenicheheightsoncivilaircraftaerodynamicchara

7、cteristicsinwindtunneltest[JI．ActaAeronauticaetAs—tronauticaSinica，2017，38(5)；120429120429．1航空学报在模型半展长的3％模拟效果较好。从各垫板高度下机翼各剖面的压力分布和全模对比来看，垫板高度的增加使得整个上翼面流速增加，从而对应的压力系数C。减小，升力系数C。增加。因此半模试验应着重选择合适的垫板高度，因为较高或较低的垫板高度会使得垫板影响较大或机身进入附面层影响区从而带来模拟的差异。同时尽可能模拟对称面及内侧机翼的流动，消除或

8、减弱机头前方马蹄涡[4]对下游区的影响。1半模试验研究回顾半模试验模拟主要包括减弱边界层对模型的影响，如反射板研究[5_6]、半模垫板高度研究口¨]、半模垫板前缘外形研究[3‘8]及减小模型对称面处洞壁边界层厚度如边界层吹吸(主动控制)研究[12

9、。国外对半模试验模拟较系统的研究报导可追溯到20世纪90年代初，国内报导[13’14