基于动态前缘下垂的提升旋翼前飞性能的研究

针对直升机前飞时后行侧桨叶的动态失速现象,将目前已有的动态前缘下垂的流动控制方法应用于三维尺度的前飞状态旋翼流动控制中,建立了基于动态前缘下垂的提升旋翼气动性能的数值模拟方法。以跷跷板式旋翼为研究对象,使用运动嵌套网格方法及基于径向基函数的网格变形技术,积分形式的雷诺平均N-S方程为主控方程。探究了桨叶r/R=0.75~1处的前缘动态下垂对前进比为0.3时的旋翼气动特性的影响。研究发现,在后行侧使用动态前缘下垂可以有效抑制桨尖附近分离涡的生成和发展,对提升旋翼的升力系数和剖面法向力系数、降低扭矩系数,从而提升旋翼的等效升阻比有显著作用。在一定的范围内,随着前缘下垂幅值的增加,控制效果更好。

前缘下垂结合内吹式襟翼失速特性研究

内吹式襟翼具有高效的增升能力,但失速迎角在较高的吹气动量系数下下降明显,为改善其失速特性,研究内吹式襟翼加装前缘下垂后的失速特性。对前缘下垂结合无缝襟翼的亚声速翼型在环量控制作用下的流场进行数值模拟,研究吹气动量系数对失速特性的影响规律,前缘刚性偏转、弯度变化和厚度变化对失速特性的改善作用,以及改变襟翼偏角研究前缘下垂的作用效果。结果表明:随着吹气动量系数的增加,失速迎角先迅速下降再略微增加;前缘下垂装置减小了翼型上表面逆压梯度,延缓了翼型边界层动量厚度随迎角增加而增加的趋势,能有效提高失速迎角;通过逐渐改变前缘表面曲率,实现了前缘下垂设计对失速特性改善的最好效果。

前缘下垂对RAE2822翼型气动特性的影响

随着机翼增升装置的发展,很多机翼内侧都使用了一种简单的前缘绕铰链轴向下旋转一定角度的结构,与使用最多的前缘缝翼相比较,这种结构具有减小阻力、降低噪声和提高升阻比等许多优点。本文是基于对RAE2822翼型的研究,使用专业制图软件生成不同前缘下垂角的一系列翼型,并利用POINTWISE软件和FLUENT软件联合运用,研究了不同的前缘下垂角度对机翼翼型气动特性的影响,并且在所研究范围内得出相对最佳的前缘下垂角,最后与RAE2822原翼型及其他不同前缘下垂角度翼型的气动性能进行对比。计算结果表明:升阻比随着前缘下垂角度的增加,先增加后减少,这说明使用前缘下垂结构在一定范围内对一个翼型的气动特性具有改善作用。

民用飞机增升构型前缘下垂参数影响分析

采用计算流体力学方法,针对基于典型二维多段翼型NACA0410设计的带前缘下垂构型的多段翼型进行数值模拟,研究了前缘下垂四种参数对多段翼升力特性的影响。在所研究的范围内,结果表明:1)在线性段,弦长增加与偏度增大对线性升力均有负面影响,但转轴高度与尾缘夹角对线性升力几乎没有影响;2)在近失速及失速段,弦长增加与尾缘夹角的提升,可明显提升升力;下垂偏度增加,以26°为界,小于该角度可提升升力,但大于该角度后,影响不再明显;随转轴高度下降,升力出现一定提升,但到2 mm后反而有所下降;前缘下垂尾缘夹角增大,可提升近失速段升力;3)四参数对升力影响主要体现在头部两段吸力峰的消长,设计中需综合考虑吸力峰特征,并加以应用。

前缘下垂远场低频宽频噪声特性

为了研究前缘下垂远场噪声特性,在北京航空航天大学D5风洞内开展前缘下垂增升构型远场噪声特性试验研究,并利用计算流体力学的方法补充提供增升构型附近流场信息。增升构型模型为前缘下垂搭配后缘襟翼,为了消除襟翼噪声干扰,后缘襟翼收起。研究表明,前缘下垂增升构型远场噪声频谱以宽频噪声为主。随着来流速度的增加,宽频幅值逐渐增加。其中,低频(200~400Hz)宽频噪声幅值经过马赫数5次方归一化后吻合良好。随着迎角的增加,中高频宽频幅值变化不大,但是,低频宽频噪声幅值变化明显,先降低再增加。通过分析在不同迎角下,有效迎风面积、压力面DSM Dyneema布变形以及两者共同对远场噪声幅值的影响,发现远场低频宽频噪声幅值变化规律与模型附近流场变化有关。

铰链式下垂前缘机构设计与动力学仿真研究

下垂前缘是一种结构简单的增升装置,能够有效降低气动噪声,减小机构的运动空间,已被应用于A380和A350XW。为了实现下垂前缘按照给定要求定轴转动,需要设计一种机构型式,因此提出一种基于四连杆形式的铰链式下垂前缘机构的设计方法。根据设计输入要求建立下垂前缘机构的线架模型,并对该机构进行运动学和刚柔耦合动力学仿真,得到机构运动过程中角度变化参数和该机构运动过程中的驱动力矩和铰链点载荷。结果表明:随着驱动臂匀速转动,铰链式下垂前缘能够平稳下偏26°;两个驱动平面的最大驱动力矩的比值接近3∶2,且侧撑杆的设置使驱动处的横向受载得到了改善,该机构型式设计合理,为现代民用飞机设计提供了参考依据。

结冰翼型前缘下垂变弯度容冰特性改善机制

传统容冰气动力优化设计方法难以完全兼顾常规飞行和结冰状态对翼型几何特征的矛盾需求。依据前缘下垂变弯度的思路创新性地提出了一种能有效协调和解耦翼型气动/容冰特性的解决方案。针对GLC305-944结冰翼型典型过失速状态开展了基于IDDES(Improved Delayed Detached Eddy Simulation)方法的前缘下垂前后容冰特性对比分析,表明前缘下垂后结冰翼型失速特性显著改善,前缘吸力以压力平台形式恢复,分离泡形态由大尺度全局回流退化到冰角后方的局部流动结构,湍流脉动影响范围约束于前缘近壁面有限区域内。由于前缘下垂后冰角与当地壁面组成类凹腔结构,剪切层涡系经短暂发展后能迅速在壁面附近触发掺混融合-动量输运效应,有效促进再附过程,导致时均再附点提前、混合层厚度降低、分离泡几何尺度减缩,这是容冰特性改善的主要机制。

大型飞机铰链下垂前缘多段翼型气动优化设计与研究

随着增升装置的发展,新型商用飞机机翼内侧采用了结构简单的铰链下垂前缘,与使用最多的前缘缝翼相比,它具有减阻降噪,提高升阻比等优点。针对大型飞机铰链下垂前缘翼型进行了气动优化设计及数值研究。首先设计出铰链下垂前缘的二维翼型,然后通过iSIGHT平台对翼型进行气动优化,分析铰链下垂前缘翼型的低速气动特性,并且得出最佳翼型,最后与前缘缝翼翼型的气动性能进行对比,说明使用铰链下垂前缘的可行性。

可变下垂前缘桨叶

美国陆军、海军和NASA研究人员组成的小组已成功地试验了有可变下垂前缘(VDLE)的直升机旋翼桨叶。这种桨叶能显著地扩大直升机的使用包线。

基于变弯度技术和协同射流的混合流动控制技术研究

现代飞机强调高速巡航特性且兼顾隐身特性,因此翼型往往采用厚度较小,前缘半径不大,弯度不大的薄翼型。这类翼型的低速气动性能较差,容易失速,限制了这类飞机的短距起降特性和载重能力,因此需要借助流动控制技术来改善低速特性。该文讨论新型的协同射流主动流动控制技术,同变弯度技术包括后缘变弯和前缘下垂技术等被动流动控制技术相结合,探索混合流动控制技术的流动控制机理和控制效果。基于数值模拟的结果发现:仅采用单一的流动控制技术在薄翼型上得到的控制效果有限,而将协同射流同变弯度技术结合的混合流动控制技术可同时发挥不同流动控制技术的优点(例如协同射流引起的后缘失速的推迟,下垂前缘带来的前缘失速推迟,后缘襟翼带来的零升迎角减小)。该文提供的混合流动控制方案可以将薄翼型的最大升力系数提升至CL_(max)=3.3127,相对原始构型提升了96%,具有广阔的工程应用前景。

大型客机两段翼型着陆滑跑气动性能数值研究

采用非定常数值模拟方法对包含前缘下垂、后缘铰链襟翼和上偏扰流板的两段翼型在着陆滑跑时的气动性能进行了研究。计算结果表明:1扰流板大角度上偏产生了明显的增阻效果,两段翼型的阻力系数在0.33以上,远大于一般的多段翼型(30P30N三段翼型不超过0.05);2两段翼型的总升力系数始终为负值,其中前缘下垂、主翼和扰流板均提供负升力,而铰链襟翼提供正升力;3在两段翼型的铰链襟翼上翼面有一对脱体涡,会随着升力/阻力系数的周期性变化而扩张、收缩、消亡和再生,并随着来流向下游移动。

不同前缘翼型气动和噪声特性对比研究

多段翼增升装置的噪声与其前缘缝翼有很大的关系,凹腔内存在的涡-涡干扰、剪切层/壁面冲击等非定常现象以及缝翼尾缘的涡脱落是影响增升装置噪声的主要原因之一。利用定常得到的稳定场采用宽频噪声源方法分析翼型周围噪声源强度,然后使用分离涡方法(DES)结合FW-H声类比方法研究前缘下垂和前缘缝翼模型在迎角变化时的气动与噪声特性,研究发现前缘采用下垂的形式在一定迎角范围内能获得较好的降噪效果,并且能够提升翼型的气动性能。

民机标模高升力构型CAE-AVM-HL设计及验证

气动标模高升力构型可用于起降状态复杂流动机理研究、CFD软件验证、低速风洞试验能力建设及增升系统噪声测试。民机气动标模高升力构型CAE-AVM-HL设计过程中采用基于代理模型的数值优化方法,优化流程包含样本建立、参数化几何外形、代理模型建立、遗传算法寻优。机翼增升装置形式为“前缘连续变弯下垂+前缘缝翼+后缘单缝富勒襟翼”。该民机气动标模高升力构型风洞测试模型在德国Deharde公司完成加工,在德荷大型低速风洞DNW-LLF完成风洞测试,试验马赫数0.2,雷诺数3×10^(6),测试内容包括测力、测压、测机翼和襟翼变形、转捩效应,以及丝线、油流、PIV试验等。针对前缘变弯下垂和前缘缝翼交界处的流动干扰现象,提出了抗流动分离的设计方案,CFD计算结果和风洞油流试验结果均显示设计方案缓解了前缘变弯下垂和前缘缝翼间的流动干扰。该构型最终风洞测量所得最大升力系数2.56,失速迎角19°,满足设计要求。

Research on Aerodynamic Characteristics of Hovering Rotor Based on Leading Edge Droop

In view of the reduction of hovering efficiency near high tension when a helicopter rotor hovers,a numerical simulation method of lifting rotor hovering aerodynamic characteristics based on leading edge droop is established in this paper. It is dominated by Reynolds average N-S equation in integral form. Firstly,VR-12 airfoil is taken as the research object,and the influence of leading edge droop angle on the aerodynamic characteristics of two-dimensional airfoil is studied. Secondly,the modified 7 A rotor is taken as the research object,and the effects of different leading edge droop angles at the position of blade r/R=0.75—1 on the aerodynamic characteristics in hover are explored. It is found that the leading edge droop can significantly improve the aerodynamic characteristics of two-dimensional airfoil and three-dimensional hovering rotor near high angle of attack,and can effectively inhibit the generation of stall vortex.

GAW-1翼型前后缘变弯度气动性能研究

传统增升装置主要用于提高飞机起降气动性能。利用计算流体力学（CFD）的方法，引入了通用飞机翼型的前后缘变弯装置的概念，数值模拟了GAW1翼型在爬升状态时，前缘变弯装置、后缘襟翼／副翼偏转以及前后缘装置综合偏转对翼型气动特性的影响。研究表明，前缘变弯装置可以有效地改善翼型的失速特性，失速迎角提高了3°左右，最大升力系数提高了4．56％；同时提高升阻比50％～120％；但在设计升力系数下，升力系数和阻力系数都略微减小。另一方面，后缘变弯装置可以改变最大升阻比所对应的迎角，以及在小迎角时，提高升力系数6％左右。翼型综合偏转可以在小迎角时增加升力系数，在大迎角时增加升阻比。