基于等离子体激励的两段翼型阵风减缓控制研究

介质阻挡放电等离子体流动控制技术是基于等离子体激励的主动流动控制技术,具有响应时间短、结构简单、能耗低及不需要额外气源装置等优点,在飞行器增升减阻、抑振降噪和助燃防冰等方面具有广阔的应用前景.在延长无人机滞空时间和促进低空无人机发展的背景下,以GAW-1两段翼型为研究对象,以正弦交流电压激励下的介质阻挡放电等离子体激励器为控制方式,采用数值模拟方法开展了基于介质阻挡放电等离子体激励的1-cos型阵风减缓研究,评估了等离子体控制效果,揭示了等离子体阵风减缓机理.在计算时,将单个非对称布局介质阻挡放电等离子体激励器布置在翼型尾缘处,激励器诱导的准定常射流的方向与来流相反.结果表明:(1)施加等离子体激励后,升力系数的波动量最大减小了51.6%,自下而上型阵风对翼型的影响大幅减缓;(2)等离子体激励能够增大边界层形状因子、延长分离区长度和增加分离区面积;(3)等离子体诱导射流与诱导涡是实现阵风减缓的关键.诱导的逆向射流通过阻碍来流发展、引射下翼面流线加速并向上偏转的方式,减小了上下翼面的压力差,从而降低了升力系数;而诱导涡形成的“虚拟凸起”进一步扩大了分离区面积.研究结果为提升低空无人机气动性能提供了技术支撑.

等离子体激励用于两段翼型增升的试验研究

在NACA23018两段翼型上安装等离子体激励器,通过风洞测力和丝线流态试验,研究了等离子体对翼型最大升力和失速迎角的影响。研究表明,等离子体激励可以显著地增加NACA23018两段翼型的最大升力系数和失速迎角,来流风速20m/s时,最大升力系数增加52%,失速迎角增加12.4°。等离子体激励和前缘缝翼的作用类似,并且可以和后缘增升装置配合使用,在运输类飞机设计中有潜在的应用前景。

高空长航时无人机高升阻比两段翼型设计研究

针对某特定无人机的使用设计要求,在单段翼型设计研究的基础上,尝试了高升阻比低雷诺数两段翼型的设计方法的分析与研究。采用求解椭圆型方程加控制点约束条件的"椭圆-控制点切割法"完成了两段翼型外形的生成,并针对巡航构型的襟翼偏角对缝道参数进行了优化;应用MSES计算分析程序对所设计的两段翼型的气动特性进行了分析评估。计算结果表明:本文所设计的两段翼型的最大升力系数达到2.72,最大升阻比为158.71;与原始单段翼型相比,最大升力系数增大了74.35%,最大升阻比增大了28.64%。

中空长航时无人机两段翼型设计研究

中空长航时无人机存在高效巡航、短距起降以及抗变形等多性能要求,本文在原始飞机单段翼型的基础上,开展多约束条件下两段翼型设计方法研究和翼型设计。采用控制点加分段可控二次曲线方法构建两段翼型外形,并对生成外形的控制参数、缝道参数和转轴位置进行优化设计。分析结果表明:相比于常规直接切割法,本文采用的方法控制点和控制参数更多,对原始翼型适应性更好,生成的翼型压力分布更加合理;与原始翼型相比,新设计的两段翼型在续航因子、起飞升力和起飞升阻比方面得到大幅提升;同时襟翼大角度偏转还能起到阻力板作用,达到对巡航和起降多设计点综合设计要求。

垂直轴风力机翼型动态气动性能研究

基于NACA0012对称翼型,设计了应用于垂直轴风力机的两段式翼型,并进行几何建模。在两段式翼型的动态气动性能研究中,通过CFD计算得到了垂直轴风力机运行时周边流场分布情况。流场涡量分布显示了风力机翼型尾涡随方位角的变化关系,分析了垂直轴风力机整体尾涡形成过程,同时找出了垂直轴风力机翼型尾涡的普遍特性。将相对坐标建立在翼型上整理得到了翼型的升阻力特性。同静态特性相比,动态升阻力有其明显的环形特征,在静态升阻力系数周边形成环状的分布曲线。

中空长航时无人机两段翼型设计和应用研究

中空长航时无人机追求高续航性能和任务多样化,故应满足高效巡航、短距起降、抗变形等多性能要求。在原始飞机单段翼型的基础上,通过控制点加分段可控二次曲线方法并结合优化算法开展两段翼型的设计优化;利用新设计的两段翼型完成对无人机机翼内侧段(襟翼段)的改进设计及其结果分析。结果表明:改进后的无人机在续航因子、起飞升力和起飞升阻比方面得到大幅提升;襟翼大角度偏转时,在保持一定升力的同时阻力增加,满足飞机着陆减速要求;此方法可以满足中空长航时无人机巡航和起降多设计点综合设计要求。

多段翼型结冰数值模拟研究

文章采用计算流体力学方法对多段翼型进行了结冰数值模拟研究。应用多块网格技术生成多段翼型网格。引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。流场采用有限体积法及LU-SGS隐式时间推进数值求解,运用流场分区求解算法,完成了多段翼型绕流流场及水滴流场的数值求解。建立了冰层的法向增长模型,对冰形进行了预测。

低速两段翼型的数值模拟

在多段翼型风洞实验中,很难观察翼型不同迎角下主翼、襟翼上的绕流及缝道流动。使用了O-H型混合的结构化网格,采用k-ε二方程湍流模型求解可压的N-S方程来模拟二元风洞中两段翼型的流场。计算结果与实验进行了比较,结果表明:计算与实验结果吻合良好,说明本方法可以较好地模拟两段翼型的绕流,并能很好地显示流场的变化情况。另外,从结果中可以看出:随着迎角的变化,主翼尾流和缝道间的流动对襟翼附面层分离有很大的影响作用。

多段翼型绕流的数值模拟研究

采用C-H型混合的结构化网格,选用W ilcox提出的k-ω模型求解可压的N-S方程,模拟了多段翼型的流场。结果表明:在4°和6°迎角下的非定常计算结果与试验结果的对比,计算结果与试验值吻合的较好。本文应用了亚迭代时间法,正确地描述了30P30N多段翼型前缘结构区域的流动特征和流动机理。

某螺旋桨长航时无人机气动力改进设计与分析

针对螺旋桨长航时无人机的使用设计要求,从现有单段翼型出发进行了高升力两段翼型设计。结合某型螺旋桨长航时无人机,对采用两段翼型机翼的翼身组合体数模进行了气动力特性分析。计算结果表明,所设计的两段机翼可以产生比单段机翼更大的可用升力和更高的续航因子,说明该设计思想是可行的。

机翼积冰数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对三段翼和MS-317后掠翼进行了积冰数值模拟研究,基于欧拉两相流理论,应用分区算法,对空气流场和水滴流场进行了数值求解,得到水滴收集率.求解3-D积冰模型得到积冰量.将MS-317的冰形计算结果与实验数据以及软件LEWICE3D的计算结果进行了对比.结果显示:三维积冰模型具有较好的精度,虽然预测的冰形与实验数据有一些差异,最大厚度方面,误差在13.1%以内,但是积冰的类型与体积和实验数据基本一致.