短舱边界层的稳定性分析及转捩预测

当边界层从层流转变为湍流时,表面摩阻显著增加。因此,准确预测短舱表面边界层的转捩位置才能准确预估表面摩阻,从而有效评估短舱外罩型面设计对全机阻力带来的影响。目前,工程上被认为最有理论根据的转捩预测方法是基于线性稳定性理论的e^(N)方法。本文以宽体客机发动机翼吊短舱为研究对象,分析了巡航状态下短舱表面边界层的稳定性特征,并对边界层的转捩位置进行了预测。首先,基于多块网格并行计算的CFD求解器得到基本流场,采用线性稳定性理论分析了典型工况下短舱边界层的稳定性特征;之后,采用e^(N)方法给出了短舱表面转捩线的分布,并分析了攻角和巡航马赫数变化对边界层稳定性和转捩位置的影响规律。结果表明,巡航状态下,短舱表面边界层的转捩主要由T-S波失稳导致,横流方向的速度分量大小不到边界层外缘流速的3%,横流不稳定性的影响较小。攻角增大,短舱背风面及侧面大部分区域的转捩位置前移,而迎风面附近转捩位置明显后移。马赫数越大,T-S不稳定波的频率范围和增长率均减小,边界层更稳定,转捩位置更靠后。

平角旋转机构约束的管射无人机二次折叠翼气动优化设计

机翼分段折叠的二次折叠翼可有效增加管射无人机的展弦比,提升管射无人机的巡航效能。但连接分段机翼的第二展开机构使得内、外机翼过渡段包络面相对厚度增大,气动性能降低,恶化了二次折叠翼的巡航性能。因此,建立二次折叠翼气动设计方法具有重要意义。开展了考虑第二展开机构几何约束的二次折叠翼气动优化设计研究。首先,采用自由变形(FFD)技术对二次折叠机翼进行参数化建模。其次,结合CFD求解器和遗传算法搭建了气动优化设计系统。最后,在具体优化设计工作中,将第二展开机构几何约束转化为关键剖面的绝对厚度约束,通过求解FFD控制点影响因子将绝对厚度约束转化为控制点设计变量变化范围约束。应用该优化系统对二次折叠机翼在升力系数0.68设计工况下开展考虑机构约束的优化设计工作,结果表明,在满足机构约束的前提下,机翼气动阻力减幅达到9.3%,有效地改善了二次折叠机翼气动特性。

基于双eN方法的短舱层流转捩影响因素

发展自然层流短舱对提升现代民机的经济性和环保性具有重要意义,而对影响短舱层流转捩的因素进行研究有助于更好地开展短舱的层流设计。本文基于线性稳定性分析方法,将双eN方法同RANS方程求解器耦合,建立了一套可同时计算T-S(Tollmien-Schlichting)波和横流(CF)驻波诱导转捩的流动转捩预测方法,通过标准椭球算例验证了该方法的正确性,进而研究了来流马赫数、雷诺数、湍流度以及迎角对短舱转捩的影响。结果表明:马赫数和迎角会带来压力梯度的明显改变从而引起转捩位置发生变化;而在此构型的高雷诺数工况下,雷诺数和湍流度对转捩位置影响相对较小,转捩位置移动的区域不超过短舱长度的5%。因此在设计阶段,在高雷诺数条件下保持层流设计要尽量避免较大的逆压梯度,保持顺压梯度。