低雷诺数下非对称“钻石背”形翼气动特性若干问题的数值模拟研究

发布时间：2017-10-16 21:34

  本文关键词：低雷诺数下非对称“钻石背”形翼气动特性若干问题的数值模拟研究

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【摘要】：“钻石背”形翼因其在折叠方式、结构布局及气动特性等方面的优势，被应用于飞行器的设计。本文从数值模拟的角度研究低雷诺数下非对称“钻石背”形翼的若干气动特性问题，旨在为“钻石背”形翼在小型无人机上的应用和设计提供参考。 首先，通过选用有相关实验数据的E387翼型，建立相应的二维计算模型进行数值模拟，选择并验证了适合本文问题研究的数值方法。结果表明，采用Transition SST湍流模型求解对失速特性模拟要求不高的低雷诺数下翼型绕流问题，所得结果具有高的准确性和可信性。 接着，在“钻石背”形翼几何外形及设计参数的基础上，选用NACA6411翼型，数值模拟研究了低雷诺数下“钻石背”形翼气动参数随前后翼间距x和前后翼垂直高度差H变化的特性。计算结果表明，后翼前缘驻点高压及上下表面压差在前翼下表面形成的高压区和低压区及其变化，以及前翼对后翼气流阻挡造成的后翼上下表面压差变化，是造成“钻石背”形翼气动特性在展向发生变化的主要原因； H对气动特性的影响，在x约为前翼弦长的1.5倍附近，出现变化趋势反转的现象；x和H对气动特性的综合影响主要体现在x小于前翼弦长的1.5倍这一段；优化气动布局的有效方法之一是合理选取H和前后翼梢弦前缘间距d的设计值。 最后，建立小型非对称机翼无人机的三维计算模型，通过数值模拟，研究了非对称机翼对小型无人机气动特性影响。结果表明，该影响主要表现在对无人机滚转力矩和偏航力矩的影响；不同机翼安装位置于机身连接处形成的不同压力场，是机身滚转力矩形成的主要原因；来流攻角和速度一定时，，机身滚转力矩仅随左右机翼高度差h的变化而变化，不受滚转角β和上反角θ的影响； h和θ共同对左右机翼滚转力矩差产生影响，且θ对由h产生的机翼滚转力矩差有抑制作用，而β的影响很小；综合来看，由h引起的滚转力矩和偏航力矩均较小，存在修正的可能。
【关键词】：低雷诺数 湍流模型 “钻石背”形翼 非对称机翼 气动特性 数值模拟
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 研究背景和意义10-13
• 1.2 国内外研究现状13-22
• 1.2.1 巡飞弹和箭射小型无人机国内外发展现状13-17
• 1.2.2 小型飞行器低雷诺数空气动力学研究发展现状17-21
• 1.2.3 “钻石背”气动布局研究概况21-22
• 1.3 研究内容22-23
• 第二章 数值模拟方法及可靠性验证23-46
• 2.1 引言23
• 2.2 数值模拟方法23-29
• 2.2.1 控制方程23-24
• 2.2.2 湍流模型24-28
• 2.2.3 近壁网格处理28-29
• 2.3 数值方法验证及湍流模型选择29-44
• 2.3.1 计算模型29-31
• 2.3.2 计算结果及分析31-44
• 2.4 本章小结44-46
• 第三章 “钻石背”形翼外形参数对气动性能影响的数值模拟研究46-63
• 3.1 引言46
• 3.2 无人机总体参数的选定46-47
• 3.2.1 起飞质量估算46
• 3.2.2 气动布局确定46-47
• 3.2.3 飞机尺寸确定47
• 3.3 “钻石背”形翼的物理模型和计算模型47-50
• 3.3.1 物理模型47-48
• 3.3.2 计算模型48-50
• 3.4 “钻石背”形翼气动特性展向变化的数值模拟研究50-56
• 3.4.1 升力系数随 x 变化的气动特性分析50-53
• 3.4.2 阻力系数随 x 变化的气动特性分析53-55
• 3.4.3 升阻比随 x 变化的气动特性分析55-56
• 3.5 “钻石背”前后翼高度差对气动特性影响的数值模拟研究56-58
• 3.5.1 H 对升力系数影响的分析57
• 3.5.2 H 对阻力系数影响的分析57
• 3.5.3 H 对升阻比影响的分析57-58
• 3.6 翼型弯度特性对“钻石背”形翼整体气动性能影响的数值模拟研究58-62
• 3.6.1 三种翼型气动特性的数值模拟及对比分析58-60
• 3.6.2 翼型选择对“钻石背”形翼整体气动性能影响的数值模拟研究60-62
• 3.7 本章小结62-63
• 第四章 非对称机翼对小型无人机气动特性影响的数值模拟研究63-77
• 4.1 引言63
• 4.2 非对称机翼无人机的几何模型和计算模型63-67
• 4.2.1 几何模型63-64
• 4.2.2 计算模型64-67
• 4.3 数值模拟结果分析67-76
• 4.3.1 对升阻力系数、升阻比和俯仰力矩系数影响的分析67-69
• 4.3.2 非对称机翼对无人机滚转力矩系数影响的分析69-75
• 4.3.3 非对称机翼对无人机偏航力矩系数影响的分析75-76
• 4.4 本章小结76-77
• 第五章 总结与展望77-80
• 5.1 论文的主要研究工作与结论77-79
• 5.2 论文的创新点79
• 5.3 未来研究工作展望79-80
• 参考文献80-85
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果85-86
• 致谢86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 雷娟棉;吴甲生;;钻石背弹翼气动特性风洞实验研究[J];兵工学报;2007年07期

2 吴小胜;雷娟棉;吴甲生;;“钻石背”弹翼气动特性数值模拟研究[J];兵工学报;2010年08期

3 雷娟棉;吴甲生;;钻石背弹翼外形参数对气动特性的影响[J];北京理工大学学报;2006年11期

4 吴小胜;吴甲生;;“钻石背”弹翼颤振的数值计算[J];北京理工大学学报;2007年05期

5 吴小胜;;折叠式主弹翼气动特性研究[J];北京理工大学学报;2010年09期

6 雷娟棉;胡俊;吴甲生;;小直径炸弹(SDB)气动力问题[J];弹箭与制导学报;2004年S5期

7 韩同来;廉小纯;;一种改进的“钻石背”翼设计[J];弹箭与制导学报;2010年02期

8 张爱华;秦武;;以色列军用小型无人机发展概览[J];飞航导弹;2010年02期

9 夏刚,程文科,秦子增;Spalart-Allmaras湍流模型在高超声速气动加热计算中的应用[J];国防科技大学学报;2002年06期

10 文晓庆;柳阳威;方乐;陆利蓬;;提高k-ω SST模型对翼型失速特性的模拟能力[J];北京航空航天大学学报;2013年08期

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1 李传峰;风力机尾缘襟翼气动特性与机理研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2013年

本文编号：1045051