低速大雷诺数混合飞艇气动性能分析

发布时间：2021-08-01 07:46

　　针对混合飞艇体积巨大同时气动外形复杂使得现有条件的风洞试验很难精确测量其气动性能的问题,开展了适用于混合飞艇气动性能分析的计算流体力学（CFD）的数值分析方法研究。考虑混合飞艇低速大雷诺数的特点,将变分多尺度方法 （VMS）与动态Smagorinsky大涡模拟（LES）模型相结合,提出了组合的VMSLES湍流模型。将基于RANS方法和LES方法的其他三种湍流模型相对比,利用雷诺数相近、实验数据丰富的6:1长椭球飞艇对不同的湍流模型进行了对比验证。结果显示LES方法预测结果与实验结果吻合较好,优于RANS方法,并能显示更多流动细节,而组合的VMS-LES模型能够更精确地捕获实验研究中观察到的二次涡。利用组合的VMS-LES模型对有翼HAV与多囊瓣HAV进行了气动性能分析,并研究了不同部件对飞艇气动特性的影响。结果表明,由于尾翼表面产生的一次涡与二次涡相互作用,尾翼在增加气动升力的同时也增加了阻力。 

【文章来源】：无人系统技术. 2020,3(01)

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

0 攻角升力系数曲线

混合飞艇（Hybrid Air Vehicle,HAV）是一种集轻于空气（LTA）与重于空气（HTA）的飞行器于一体的特殊飞行器[1]，如图1所示。HAV最突出的优势在于它同时兼顾机动性和载重性于一身[2]，在货物运输领域有着巨大的应用前景[3-4]。HAV设计的关键在于协调静浮力与气动升力之间的关系[5]，因此高升阻比气动外形设计至关重要。然而，HAV气动性能研究尚存在一系列难题。作为一种数百米尺寸的大型飞行器，HAV的雷诺数可达到107～108，但与其他常规飞行器相比，速度却低很多。由于雷诺数的升高，HAV边界层由层流变为湍流[6-7]，因此现有条件下的风洞试验很难精确模拟和测量其气动性能。但利用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的数值方法相对更精确[8]，其精确性取决于所选取的仿真模型的适用性。将HTA与LTA飞行器结合的概念可追溯到1960年[9]。早期关于HAV的研究主要集中于探索设计的可行性，直到SkyCat于2000年首飞[10-12]。近年来，越来越多关于HAV的问题被研究。Donaldson A等[13]推出了可用于混合升力飞行器参数化设计的程序。Agte J等[14]总结了HAV概念设计的前期工作。Tensys设计小组开发了有限元分析工具对HAV进行建模[15]。Carichner G E等[16]参考传统飞艇的设计方法对HAV进行了详细的性能和设计分析。此外，中国和法国也进行了关于新型载重飞艇的联合设计研发。

本文研究的有翼HAV及多囊瓣HAV均基于概念设计参数。通过对比分析研究了雷诺数106～107条件下HAV周围气流的三维流动。两种HAV的几何模型及其参数如图2所示。为了进行比较，两种飞艇中部构型基本相同。将多囊瓣HAV两侧囊瓣替换为艇翼即为有翼HAV。2.3 网格生成

【参考文献】：
期刊论文
[1]飞艇大攻角绕流气动特性模拟及湍流模型与参数影响研究[J]. 吴小翠,王一伟,黄晨光,杜特专,于娴娴,廖丽涓.  工程力学. 2014(08)



本文编号：3315104