湿空气凝结对ONERA M6机翼气动特性影响的数值研究

大气飞行条件下机翼附近的跨声速湿空气流动中空气中含有的水蒸汽可能越过饱和线而发生非平衡凝结。水蒸汽凝结潜热加热气流会改变跨声速流动的特性,从而对机翼气动特性造成显著影响。本文建立了湿空气非平衡凝结流动的数学物理模型,对ONERA M6机翼在跨声速条件下的湿空气非平衡凝结流动进行了分析。结果表明,与干空气流动相比,在攻角为3.06°和空气相对湿度为50%时,ONERA M6机翼表面压力系数有显著变化。造成机翼气动特性显著变化的原因在于:湿空气中水蒸汽凝结放热对跨声速气流加热,导致机翼表面附近的流速、压力与流场结构发生了显著变化。

大气飞行条件凝结放热对机翼升阻特性影响

跨音速流动下,大气中水蒸气发生的非平衡凝结对机翼的升阻特性影响显著。本文对大气飞行条件下,绕ONERA M6机翼非平衡凝结流动进行研究。对攻角分别为1.07°、3.06°、6.06°非平衡凝结流动影响机翼周围流场分布进行分析。分析结果表明:与干空气流动相比,攻角为1.07°时,随着相对湿度从30%增加到60%,机翼的升阻比持续减小,相对湿度继续增加到70%,机翼升阻比略有增大,为干空气的21.6%;攻角为3.06°时,随着相对湿度从30%增加到70%,机翼的升阻比持续减小,相对湿度70%时,升阻比为干空气的41.5%;攻角为6.06°时,随着相对湿度从30%增加到70%,机翼的升阻比持续减小,相对湿度70%时,升阻比为干空气的64.3%。

三维非结构粘性网格生成方法

描述了一套适合粘性流动计算的三维非结构网格自动生成方法 .在物面附近的粘性作用区域 ,采用推进层方法生成各向异性的“扁平”四面体网格 ,并通过一定的网格伸长控制参数 ,实现整个流场区域网格高度的平滑过渡 .当粘性网格的推进高度达到预定要求时 ,推进层方法自动停止 ,转而采用阵面推进方法生成常规意义的尽量接近正四面体的各向同性网格 .同时给出了利用该方法生成的M6机翼非结构粘性网格来求解机翼粘性绕流的简单算例 .

eN-Database转捩预测方法在三维非结构求解器中的耦合与应用

为了提高机翼等飞行器部件在粘性绕流下的气动力预测精度,研究了在非结构RANS求解器中耦合转捩预测的方法。以求解三维ONERA M6机翼的转捩点位置及气动力特性为例,求解过程为:先将RANS方程求解得到的机翼表面压力分布作为层流边界层方程求解的输入参数;然后采用e N-Database转捩预测方法分析层流边界层方程求解得到的边界层内相关参数,并得到机翼的转捩点位置;最后将转捩点位置传回RANS求解器中,重新进行流场计算得到考虑转捩后的气动力特性。使用上述方法计算出的结果与实验值吻合较好,验证了程序的有效性。

基于NURBS方法的机翼气动外形优化

飞行器气动外形优化就是将设计对象的空气动力学性能分析与最优化方法相结合,通过不断改变设计对象的外形,使其气动性能在满足一定约束条件下达到最优。气动外形优化是一个涉及几何参数化、动网格、流场计算和寻优算法的综合应用平台。随着计算流体力学(CFD)的发展以及高性能计算机的使用,气动外形优化在现代飞行器设计中的作用愈加重要。为此建立了基于非均匀有理B样条(NURBS)参数化方法的机翼气动外形优化平台。优化过程中采用弹性网格变形法,由雷诺平均Navier-Stokes方程组和Baldwin-Lomax代数湍流模型求解流场,并用离散伴随方法进行目标函数梯度求解,最后结合序列二次规划(SQP)方法进行优化迭代。通过对ONERA M6机翼在跨声速条件下进行优化分析,结果表明在保持升力系数和机翼容积不变,马赫数Ma=0.84、迎角α=3.06°时,优化后机翼表面压力系数有明显变化,上翼面λ激波明显减弱,相对于原始外形优化后机翼阻力系数减小0.002 5,降幅达13.1%;优化实例验证了该方法有效可行。