基于大涡模拟的航空器近场尾涡分布特性

为研究尾流特性,降低飞机运行风险,基于数值模拟的研究情况,采用大涡模拟的方法,借助ANSYS软件对尾流进行仿真模拟。首先详细介绍了实验方法、主要实验过程以及相关实验依据,随后对A320特定飞机翼型在无风情况下所产生的尾流进行仿真,得到了尾流刚产生阶段的尾涡,根据实验结果,得出了涡核的发展情况,以及尾涡的侧向、纵向、垂直速度分布情况,并得到相关结论:尾涡存在中心,涡核中心侧向速度、垂直速度大,纵向速度小,涡核边缘速度情况相反。结果表明:尾涡上侧侧向传播速度方向与下侧相反,造成尾涡在空间上的扭曲;尾涡左侧垂直速度方向与右侧相反,使得尾涡在空间上形成上洗区与下洗区;涡量越大,黏性越大,尾涡的纵向传播速度受限。为认识、避让尾涡,进一步降低运行风险,提升空域容量提供了科学依据。

不同侧风下航空器近场尾涡的大涡模拟

为了保障航空运输安全和高效,采用大涡模拟仿真方法开展不同侧风下航空器近场尾涡的研究。阐述了大涡模拟的工作原理,构建了A320机翼模型及具有高网格质量的计算域进行仿真,模拟得到了无风条件下的尾涡。进一步研究侧风对尾涡的影响,通过模拟仿真得到了正侧风为3、5、7、10 m/s下的近场尾涡,通过数值拟合及量化分析得到了尾涡演化规律和发展趋势,并分析了侧风对尾涡涡量以及尾涡在侧向、垂直方向上移动距离和扩散速度的影响,为精确认识和规避尾涡提供了一定的参考。

基于数值模拟的飞机近场尾涡特征参数计算

尾流间隔是飞机起降和飞行过程的安全保障。近场尾涡特征参数是尾涡远场演变和消散研究的基础,是缩减尾流间隔以提升机场及空域容量的理论依据。采用雷诺平均法数值模拟A320飞机尾涡的近场演化过程,对近场尾涡特征参数的计算方法进行了研究。结果表明:与Hallock-Burnham模型相比,Lamb-Oseen模型能更准确地描述近场尾涡速度分布;采用平均椭圆法计算的近场尾涡涡核半径比采用传统方法计算的精度更高;数值模拟中,A320机型更适合采用3~12 m的平均环量值来描述近场尾涡强度。