激波控制鼓包提高翼型跨声速抖振边界.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252011V01．32No．81421·1428ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)08—1421—08激波控制鼓包提高翼型跨声速抖振边界田云，刘沛清*，彭健北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191摘要：翼型抖振边界是仅次于升阻比的一项重要气动指标。采用定常雷诺平均Navier-Stokes方程，以升力线斜率平缓及激波位置振荡作为基本判据确定了RAE

2、2822翼型在指定跨声速来流条件下的抖振边界。通过大量计算流体力学(CFD)验证，针对RAE2822翼型设计了一种特定外形的激波控制鼓包并确定了其具体安装位置。该激波控制鼓包在抖振迎角附近可以显著降低激波强度、稳定激波位置并推迟抖振现象发生，最终达到扩大抖振边界的目的，其在设计跨声速来流条件下可将抖振升力系数提高5％～10％；而当迎角较小或超过抖振迎角后该激波控制鼓包不会对基本翼型的气动性能产生较大影响。关键词：激波；流动控制；跨声速流动；抖振；计算流体力学中图分类号：V211．3文献标识码：A机翼抖振是机翼边界层分离导致的直接结果。在跨声速情况下，抖振与激波一边界层干扰密切

3、相关，一方面激波可以诱导边界层分离，另一方面激波一边界层相互作用在逆压梯度下很容易引起边界层分离。流动分离泡的变化可能引起激波失稳而前后移动，同时激波运动使得分离泡运动，这样作用在飞行器上的力就会产生波动，加上结构本身的问题，引起飞行器的持续抖动。进入抖振区后，飞行器的飞行品质变坏，飞行器产生颠簸、振荡等，除了使乘员的工作效率下降、旅客不舒适外，还会引起机载设备工作环境恶化而不能正常工作。由于结构振荡会引起动强度和疲劳寿命等方面的问题，因此民用飞机设计时，在飞行包线范围内不容许发生抖振[1‘5]。超临界机翼是现代大型客机普遍采用的专用技术，可大大提高飞机的升阻比及巡航马赫数[

4、6]。在进行超临界机翼设计时，要求机翼在整个速度一高度范围内，抖振升力系数CLt。侬。至少为巡航升力系数的1．3倍口]。而这一要求是否能够达到，则是在机翼设计定型之后通过计算流体力学(CFD)或风洞试验进行校核的。如果设计师水平较高，这些抖振边界要求则可能得以满足，然而事实往往并非如此。因此寻找或开发一种成本代价较低，同时对设计定型机翼改动较小的方法以扩大超临界机翼的抖振边界则显得尤为重要。激波控制鼓包(ShockControlBump，SCB)作为一种有效控制激波强度及位置的微扰动，已经被证明其不仅可以有效提高翼型和机翼升阻比及阻力发散马赫数[8-9]，最近人们又发现其可以

5、有效扩大翼型及机翼跨声速抖振边界[1州。基于国产大型客机C919气动设计即将定型，其必然面l晦跨声速抖振这一棘手问题，本文正是以此为背景，以RAE2822为基本翼型开展利用SCB扩大超l晦界翼型跨声速抖振边界的研究。收稿日期：2010—12-30；退修日期：20”-01—18；录用日期：2011—04．05：网络出版时间：2011-04—1917：02：47网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110419．1702．005．htmlDOI：CNKI：11-1929／V．20110419．1702．005*通讯作者．Tel．：

6、010—82338967E-mail：Ipq@buaa．edu．Cn孳l用格式l田云，刘沸清．彭健．嵌渡控翻鼓包提高翼型跨声速抖振边界￡J]．航空学报，201I，32(8)：1421．1428．TianYun．LiuPeiqing，PengJian．Usingshockcontrolbumptoimprovetransonicbuffetboundaryofairfoil[-JE．ActaAeronauticaetAstronauticaSlnica。2011，32(8)：1421．1428．1422航空学报Aug252011V01．32No81SCB控制激波强度基本机理SC

7、B就是在激波发生位置附近对翼型或机翼外形进行微小改动。一般都是以鼓包的形式叠加于基本翼型上，以此对激波进行有效波前预压缩及波中等熵压缩，最大限度地减小波前马赫数及增大虚拟激波厚度，达到减小激波强度及推后波脚位置的目的H‘5’8。10

8、，进而消除激波诱导边界层分离及分离泡产生，稳定激波位置。图1为SCB控制激波的基本原理，图2为翼型激波位置附近有无控制时的压力(P。／P。，P。为静压，P，为总压)曲线对比。图3和图4给出了以RAE2822翼型为例，在来流条件：马赫数Ma。。一0．75、雷诺数Re一6．5×