某层流机翼验证机跨声速层流特性敏感性分析

采用雷诺平均Navier-Stokes (RANS)方法结合基于当地变量的γ-Reθ转捩预测模型,针对某特殊布局形式的层流机翼验证机开展跨声速层流特性和参数敏感性分析。通过DLR F-5三维机翼构型对基于RANS的转捩预测方法进行算例验证分析,同时将某层流验证机中央翼段层流转捩预测结果与试验进行对比,证明了采用的计算方法完全适用于所研究问题。研究重点关注全机巡航状态附近的气动特性和中央验证段在不同飞行状态下的表面转捩位置及层流区长度。通过计算,进一步分析了层流流动对全机升阻及力矩特性的影响。结果表明:马赫数、雷诺数、来流湍流度、迎角等均会对中央验证段表面转捩位置产生明显的影响,影响规律差异较大。马赫数的增加会引起压力分布的较大变化,使转捩位置前后波动;雷诺数按同样幅度递增会使翼面转捩位置有规律地提前;来流湍流度和迎角的增加会导致转捩提前,层流区长度明显缩小。

某层流验证机中央翼段失速分离特性优化及分析

针对某特殊布局形式的层流验证机中央翼段的失速分离特性,基于雷诺平均(RANS)方法分析和优化某特殊布局形式的层流验证机中央翼段失速分离特性。首先,分别采用两方程k-ω剪切应力运输(SST)湍流模型和γ-Reθ转捩模型针对Aerospatiale-A翼型的绕流流场进行数值模拟,以验证数值方法及网格拓扑在低速计算条件下的准确性。其次,针对层流验证机中央翼段构型,以某传统翼型进行试验与数值计算,进一步说明高速条件下中央翼段构型数值模拟的准确性。最后,针对层流验证机中央翼段的翼型失速分离问题对翼型进行了优化修形,改进后的翼型有效地抑制了低速情况下前缘分离泡的发展,并将前缘分离从8°迎角延缓到12°迎角,且该优化翼型有效地保持了高速巡航状态下翼面的压力系数,对层流验证机的气动性能参数具有较好的提升。

某层流验证机中央翼段高速巡航气动性能优化设计

针对某特殊布局层流机翼验证机,开展高速巡航状态下中央翼段气动性能的优化设计研究。以γ-Re_(θ)转捩预测方法作为计算分析手段,对中央翼段翼型剖面进行改进设计以提升其升阻特性,并在此基础上对中央翼段前后位置进行调整,探究翼段位置变化后表面转捩位置的变化情况,为改善全机巡航力矩特性提供一定依据。对原始层流翼型和某传统翼型计算和风洞试验结果进行对比,验证了所采用数值计算方法和模型的适用性。针对原始层流翼型,通过提升其同一迎角下的升力系数来降低巡航迎角,增加其巡航状态表面层流区长度,使其拥有更好的层流特性。最后,针对中央翼段平移构型气动力系数开展计算研究,对比分析了不同平移位置中央翼段对层流验证机气动参数的影响,结果表明,不同平移构型在同样的计算状态下,中央翼段表面层流区长度变化不大,构型的变化对其层流特性的影响相对较小,有利于后续从中央翼段平移的角度对全机力矩特性进行优化。

层流机翼飞行验证平台雷诺数效应分析及修正

在飞机设计阶段,获得真实准确的气动特性数据对设计方案的改进和定型都十分重要。然而,当前在设计初期所采用的缩比模型风洞试验存在一定的局限性,预测的气动数据也难以同真实飞行情况下完全一致,雷诺数效应便是导致这种差异的最主要原因之一。采用CFD数值模拟方法针对特殊布局形式的层流机翼飞行验证平台低速起降和高速巡航构型分别在试验和飞行雷诺数下进行数值模拟分析。通过计算所得全机气动力系数与风洞试验数据的对比分析,验证了本文数值模拟结果的可靠性和准确性,同时也佐证了风洞试验数据的有效性。通过计算所得高、低速力系数,流场结果和高速层流区长度的对比,分析总结得到雷诺数效应对验证平台高低速气动特性、低速失速分离特性以及高速层流转捩特性的具体影响规律,并据此对低速和高速试验数据进行修正,为后期飞行试验的设计提供数据支撑。