扇翼流动机理数值模拟研究-论文.pdf

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1、第44卷第3期航空计算技术Vo1．4_4No．32014年5月AeronauticalComputingTechniqueMay．2014扇翼流动机理数值模拟研究杨康智，段旭鹏(中航通飞研究院有限公司总体气动研究室，广东珠海519040)摘要：以扇翼的气动特性(高升力)为关注焦点，对扇翼流动的流场结构细节进行了数值模拟研究。对有推力二维LockheedC一141超临界翼型进行数值模拟，验证和确认了扇翼流场的数值模拟方法，并数值模拟了扇翼旋转时的流场结构。结果表明，其高升力来源于固定翼部分上表面高速流动的射流，而

2、这种射流正是由叶片旋转带动扇翼内部流体不断加速喷射得到的。扇翼内部的流动是复杂的非定常流动，存在多种尺度的旋涡、湍流边界层及二者的相互干扰等，使气动力高频振荡，进而可以预测相当的气动噪声是不可避免的。将算法应用于扇翼飞行器的外形设计优化阶段，得到了若干构型的气动性能，为下一步开展的无人机研制工作提供了指导。关键词：扇翼；高升力；非定常流动中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671．654X(2014)03一O085—03NumericalSimulationofFanWingCross—flowMec

3、hanismYANGKang—zhi，DUANXu—peng(ChinaAviationIedustryGeneralAircraftInstituteLtdCo，ZhuHai519040，China)Abstract：Focusingonthehighliftmechanismofthefan—wingsystem，anumericalsimulationworkisconducted，yieldingtheflowfielddetailsofthecross—flowstructure．Toverifyan

4、dconfirmthemethodofsimulation，theLockheedC一141foilwiththrustdeviceissimulated，whichshowsagoodmatchwithoth—ersdata．Afterthen，afan·wingconfigurationissimulatedwiththeexactlysamemethod，andaconclu·sionismadeasfollow．Thehighliftmechanismofthefan-wingsystemiscomef

5、romthejetflowabovetheuppersurfaceofthefixingwing，whichisgeneratedbythebladerotatingofthefan．Theinnerfiledwithinthefanregionisunsteadyflow，withallkindsofscalesofvortices，turbulenceboundarylayersandtheinterferencebetweenthethem，whichmakestheaerodynamicforcesos

6、cillatingwithhighfrequency．Asaresult，aerodynamicnoiseisinevitable．Atlast，anoptimizationworkisdoneusingmethodabove，whichgeneratesabetterconfigurationforthenextphaseofworkfortheUAVdesign．Keywords：fan—wing；highlift；unsteadyflow引言轴固定于翼型两侧的端板。风扇的上表面完全暴露于高升力装置的研发一

7、直是空气动力学领域最重要空气中，下表面与翼型凹槽内面非接触式紧密结合。的前沿课题之一。传统的多段翼型已经无法满足人们当风扇旋转时，来流空气被高速旋转的叶片从风扇前对更高升力的要求。因此，一些新概念的增升装置应部吸入，进入风扇内部加速流动，然后从风扇后部沿着运而生。最近Peebles提出了扇翼的概念⋯。这种装翼型上表面喷射而出，进而产生了可观的升力和推力。置以其结构简单、运行稳定、效率较高的特点，迅速吸到目前为止，对扇翼飞行器的进行的研究还为数引了研究人员的注意。目前，扇翼已被国内外相关单不多J。一些学者通过实验

8、对扇翼的流动进行的研位初步应用于无人机、短距起降以及垂直起降等民用究表明，这种构型的飞行器失速迎角被大大提高，当提飞行器上。高转数时，失速迎角也随之提高。然而，要想对扇翼内本文所关注的扇翼结构主要是由一个横向流动型部流场结构进行研究，如果通过实验方法将很难实现。风扇(即滚筒型风扇)和一个前缘带有半圆形凹槽的因为扇翼飞行器的气动特性完全来自于绕高速旋转叶翼型构成。使风扇的一半坐落于翼型的