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1、第21卷第1期空气动力学学报Vol.21,No.12003年3月ACTAAERODYNAMICASINICAMar.,2003文章编号:025821825(2003)0120067208机身上翘后体绕流与阻力分析孔繁美,华俊,邓学蓥,冯亚南,邱栋(北京航空航天大学流体力学研究所,北京,100083)摘要:基于N2S方程数值计算研究了九个机身上翘后体在零迎角、高亚音速时的绕流与其阻力之间的关系。结果表明,后体在零迎角时存在三种流型:附着流型、分离涡流型和底部分离流型;影响阻力最大的几何参数是后体收缩比,其次是上翘角;收缩比ηA较大时(如ηA≥0.5),会产生很大的底阻;上翘角
2、增加则使压差阻力迅速增大。当收缩比ηA减小时(即尾部较尖)使底部分离引起的粘性压差阻力大大减小,从而可实现最小的后体阻力。因此,首先选择较小的ηA排除底部绕流分离流型的出现、再选择适中的上翘角是上翘后体设计的一项重要原则。关键词:分离流动;旋涡;上翘后体中①图分类号:V211.41;O35411文献标识码:A0引言国际航空界多年来对运输飞机机身后体外形优化设计及其减阻措施的研究极为重[1～3]视,积极采取各种措施来提高运输飞机的营运经济性。例如,对MD280飞机机身尾部重新设计后使巡航阻力系数下降了0.5%～1.0%;在C2130运输机改进中采用了尾鳍型机身后体使巡航飞行节
3、油3.5%以上;空中客车在A2300飞机的研制中首次采用宽体机身、后体上翘角和收缩比均很大,在试飞初期出现了飞掉后舱门的事故,经过优化设计使后体阻力显著减少。目前,国内也在积极开展“民机后体气动力优化设计技术”的研究,力图对上翘后体阻力的影响因素进行全面系统地探索,为我国民用运输机设计提供强有力的技术支持。作为上述研究的一部分,本文首先对九个具有不同几何参数的后体外形进行数值计算和流场分析,探讨了上翘后体的绕流与阻力的相关关系。1数值计算方法简介本文采用三维雷诺平均可压缩流N2S方程和RNG的k2ε湍流模型,利用有限体积法对控制方程进行离散,差分方法采用二阶迎风格式。计算采
4、用贴体坐标结构化网格,网格数选为130×40×60。网格数目的选取是经过多次运算与有关试验数据比较后确定的。-5计算中边界条件为物面无滑移条件、远场处为自由流条件,计算残差精度要求达到10。[4]在先期研究中已经对该计算方法的可信度予以证实。①收稿日期:2002201218;修订日期:2002203220.作者简介:孔繁美(19592),女,副教授,空气动力学专业1©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net68空气动力学学报第21卷
5、2上翘后体外形九个上翘后体几何参数及其外形示意图分别由表1和图1给出,在图1中分别标注了上翘角β和扁平度w/2hA的定义;后体长细比λA定义为后体长度lA与机身最大横截面直径之比;后体收缩比ηA定义为机身后体0.95lA处的正截面当量直径与机身最大横截面直径之比。九个上翘后体与同一个圆柱形前机身相配,从而构成了九个单独机身的计算模型。其中,钝头机身前体长细比为2.2,机身圆柱段长细比为3.5。计算条件是马赫数M∞=70.7,雷诺数Re∞=1.701×10,迎角α=0°。表1九个后体几何参数及阻力系数计算结果Table1Geometricparametersandcomput
6、edCDAofthenineupsweptafterbodies模型编号上翘角β扁平度w/(2hA)长细比λA收缩比ηACDA数值计算No.17°1.053.00.30.03239No.24°1.053.00.30.03041No.37°1.052.50.30.02989No.47°1.053.00.150.02738No.57°1.253.00.30.03336No.67°1.053.00.50.07027No.77°0.8333.00.30.03248No.87°1.053.50.30.03336No.99.5°1.053.00.30.03658图1九个上翘后体外形Fi
7、g.1Configurationofthenineupsweptafterbodies©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第1期孔繁美等:机身上翘后体绕流与阻力分析69图2九个后体尾迹区空间总压系数Cp等值线图0Fig.2ContourofconstanttotalpressurecoefficientCpinthewakeofthenineupsweptafterb
