微小型旋翼低雷诺数翼型气动特性研究

发布时间：2021-11-09 00:46

　　基于Fluent软件,开展微小型旋翼低雷诺数翼型气动特性研究。首先,采用Laminar层流模型、Spalart-Allmaras（S-A）、标准k-ω、标准k-ε湍流模型以及k-kl-ω转捩模型对Eppler387翼型进行数值模拟,对比分析各模型模拟低雷诺数翼型复杂流动的准确性与适用性。然后,研究了雷诺数对相对弯度6%、相对厚度2.5%的圆弧翼型气动性能的影响,探讨了在一定范围的雷诺数下该翼型流场结构的变化规律,指出高效翼型的流场特性。最后,以一系列几何参数不同的圆弧翼型为研究对象,分析了弯度、厚度对翼型气动特性及流场结构的影响,揭示了翼型几何参数改变升阻特性的内在机理,为高效低雷诺数翼型设计提供了参考。 

【文章来源】：飞行力学. 2019,37(04)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

型结构网格Fig．1C-typestructuregrid

更适用于模拟全湍流流动。k-kl-ω转捩模型模拟的气动力系数与试验结果误差较小，但α＞9°时，升力系数偏离了试验值趋于稳定的发展趋势仍持续增长。这是因为模拟大迎角下翼型流场复杂流动时，判断的转捩位置提前，预测的后缘湍流分离区域偏小［13］，压力分布包线包围的面积大，致使数值模拟精度降低，升力系数计算值相对偏大。该模型模拟的压力分布存在代表层流分离泡的压力平台，与试验结果吻合较好，能较准确地捕捉低雷诺数翼型流场中层流分离、流动转捩、湍流再附的位置。由图3可知，小迎角下，湍流模型与转捩模型的阻力系数相差较小，原因在于前者摩擦阻力的计算值大于后者，而后者因能捕捉到分离泡使压差阻力的计算值大于前者，所以导致两类模型的总阻力几乎一致。综上，相比其余4个湍流模型，k-kl-ω转捩模型模拟低雷诺数翼型绕流精度更高、适用性更好，所以采用k-kl-ω转捩模型开展后续研究。图3升阻力系数对比Fig．3Comparisonsofliftanddragcoefficients图4压力系数对比Fig．4Comparisonofpressurecoefficients2雷诺数影响研究以相对弯度6%、相对厚度2.5%的圆弧翼型为研究对象，运用上述数值方法开展雷诺数对翼型气动特性、流场结构的影响研究。2.1气动特性分析图5为Ｒe=2×104，6×104，105和4.6×105时，相对弯度6%、相对厚度2.5%圆弧翼型的升阻特性。图5不同雷诺数下圆弧翼型升阻力系数及升阻比随迎角变化曲线Fig．5Variationoflift，dragcoefficientsandlift/dragratioofcirculararcairfoilwithAOAunderdifferentＲeynoldsnumber由图5可知，随雷诺数增大，升力增大

辖虾茫?芙献既返夭?捉低雷诺数翼型流场中层流分离、流动转捩、湍流再附的位置。由图3可知，小迎角下，湍流模型与转捩模型的阻力系数相差较小，原因在于前者摩擦阻力的计算值大于后者，而后者因能捕捉到分离泡使压差阻力的计算值大于前者，所以导致两类模型的总阻力几乎一致。综上，相比其余4个湍流模型，k-kl-ω转捩模型模拟低雷诺数翼型绕流精度更高、适用性更好，所以采用k-kl-ω转捩模型开展后续研究。图3升阻力系数对比Fig．3Comparisonsofliftanddragcoefficients图4压力系数对比Fig．4Comparisonofpressurecoefficients2雷诺数影响研究以相对弯度6%、相对厚度2.5%的圆弧翼型为研究对象，运用上述数值方法开展雷诺数对翼型气动特性、流场结构的影响研究。2.1气动特性分析图5为Ｒe=2×104，6×104，105和4.6×105时，相对弯度6%、相对厚度2.5%圆弧翼型的升阻特性。图5不同雷诺数下圆弧翼型升阻力系数及升阻比随迎角变化曲线Fig．5Variationoflift，dragcoefficientsandlift/dragratioofcirculararcairfoilwithAOAunderdifferentＲeynoldsnumber由图5可知，随雷诺数增大，升力增大，阻力减小，升阻比显著提高，最大升阻比所对应的迎角逐渐减小，翼型气动特性明显好转。2.2翼型流场结构分析低雷诺数条件下，翼型上表面容易发生层流分离和流动转捩，若转捩后湍流剪切应力吸收的外部第4期罗世彬，等．微小型旋翼低雷诺数翼型气动特性研究13

【参考文献】：
期刊论文
[1]微小型无人机旋翼气动设计研究综述[J]. 朱慧玲,罗世彬,刘俊.  飞行力学. 2018(05)
[2]基于Profili环境下翼型影响因素的研究[J]. 玄兆燕,张泰宁,景会成,赵欣.  机械工程与自动化. 2017(02)
[3]基于转捩模型的低雷诺数翼型优化设计研究[J]. 王科雷,祝小平,周洲,许晓平.  西北工业大学学报. 2015(04)
[4]太阳能无人机低雷诺数翼型气动特性研究[J]. 王科雷,周洲,甘文彪,许晓平.  西北工业大学学报. 2014(02)
[5]微型飞行器低雷诺数空气动力学[J]. 李锋,白鹏,石文,李建华.  力学进展. 2007(02)
[6]低雷诺数下二维翼型绕流的流场特性分析[J]. 叶建,林国华,邹正平,陆利蓬.  航空动力学报. 2003(01)

硕士论文
[1]微型旋翼气动特性分析方法与实验研究[D]. 王畅.南京航空航天大学 2010



本文编号：3484317