联翼布局机翼端板气动分析及优化

发布时间：2017-07-16 07:12

  本文关键词：联翼布局机翼端板气动分析及优化

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【摘要】：联翼布局作为一种非常规布局,因其拥有较轻的结构重量、较高的强度刚度、较小的诱导阻力、较大的升力系数等优点,现已逐渐进入人们的视野。该布局拥有前翼、后翼两对机翼,前翼后掠,后翼前掠,两者通过端板连接,故端板的几何参数变化对联翼布局的气动特性有较大影响。本文以半联翼布局模型为研究对象,采用CFD方法对模型进行仿真计算,并综合基于正交试验设计的直观分析法及方差分析法,针对联翼布局端板的多个几何参数进行了优化。本文主要完成了以下几方面的工作:首先,介绍了本论文的研究背景与意义,阐述了国内外对联翼布局的研究现状。根据国内外先进研究成果,确定研究方向。其次,介绍了研究过程中所采用的数值计算方法,包括流动控制方程、方程的离散与求解、湍流模型、边界条件以及网格划分方法。完成对三维模型的网格划分并验证模型在此数值方法中的可靠性。再次,根据飞机设计的原则确定联翼布局机翼的基本布局。在这个基本布局下分别研究了前翼后掠角和前后翼联结点位置这两者变化时对对联翼布局气动特性的影响。综合气动及结构等指标,联翼布局前翼后掠角不能太大也不能太小,前后翼联结点最佳位置为0.7倍左右的前翼半展长处。然后,研究了端板相对高度及截面形状变化时对联翼布局气动特性的影响。结果表明,随着端板高度的增加,升阻比先增大后减小,静稳定性随之增强,端板高度等于0.1倍的前翼半展长时升阻比最佳。端板截面形状对联翼布局气动特性影响较大,在迎风面积相同时,比起陡变外型端板,流线外型端板对升阻比的提高更有利。端板截面翼型最大厚度处不能过前也不能过后,取在中间偏后位置对提高联翼布局的升阻比更有利且操纵性更好。最后,基于正交试验设计方法对联翼布局端板的三个角度参数(外倾角A、偏转角B和纵向夹角C)的五个角度(-10°、-5°、0°、5°和10°)进行正交实验,选用正交表L25(56)得到25个角度参数构型组合。运用直接观察法确定出最优组合为A_2B_5C_1,即外倾角-5°,偏转角10°,纵向夹角-10°;利用方差分析法得知其中偏转角才是影响气动性能的主要因素。经过与基准构型比较,优化构型升阻比提高且静稳定性更好。
【关键词】：联翼布局 端板参数 气动特性 数值仿真 正交试验设计
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211.41
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 联翼布局介绍9-12
• 1.1.1 联翼布局概念9-10
• 1.1.2 联翼布局特点10-12
• 1.2 研究背景与意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.3.1 国外研究现状13-15
• 1.3.2 国内研究现状15-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 第2章 数值计算方法19-31
• 2.1 方法介绍19-22
• 2.1.1 解析与经验公式法19-20
• 2.1.2 风洞试验20-21
• 2.1.3 计算流体力学法21-22
• 2.2 控制方程22-24
• 2.2.1 质量守恒方程22-23
• 2.2.2 动量方程23
• 2.2.3 能量方程23-24
• 2.2.4 气体动力学方程24
• 2.3 湍流模型24-26
• 2.4 网格划分26-28
• 2.5 边界条件28
• 2.6 网格无关性验证28-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第3章 联翼布局机翼设计31-44
• 3.1 任务剖面与设计指标31-32
• 3.2 联翼布局选择32
• 3.3 翼型的选择32-34
• 3.4 展弦比的确定34-36
• 3.5 梢根比的确定36
• 3.6 前翼后掠角的确定36-40
• 3.6.1 前翼后掠角参数选择37-39
• 3.6.2 计算结果与分析39-40
• 3.7 前后翼联结点位置的确定40-43
• 3.7.1 联结点位置参数选择40-41
• 3.7.2 计算结果与分析41-43
• 3.8 本章小结43-44
• 第4章 联翼端板高度及截面翼型优化44-57
• 4.1 端板高度对联翼布局的影响44-50
• 4.1.1 无端板情况计算模型44-45
• 4.1.2 计算结果与分析45-48
• 4.1.3 有端板情况计算模型48-49
• 4.1.4 计算结果与分析49-50
• 4.2 端板截面翼型对联翼布局的影响50-56
• 4.2.1 计算模型51-53
• 4.2.2 计算结果与分析53-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第5章 基于正交试验的联翼端板角度优化57-73
• 5.1 正交试验方案介绍58-60
• 5.1.1 正交设计的概念58
• 5.1.2 正交设计的基本原理58-60
• 5.1.3 正交表的性质60
• 5.2 正交试验方案设计60-62
• 5.3 计算结果分析62-72
• 5.3.1 直观分析62-66
• 5.3.2 方差分析法66-70
• 5.3.3 偏转角B气动分析70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 6.1 研究总结73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的主要论文79
• 参与的科研项目79-80
• 致谢80-81

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本文编号：547516