展向自适应机翼总体气动特性分析
发布时间：2022-01-08 09:54
针对展向自适应机翼的气动特性随折叠角度变化的问题,以经典翼型NACA0012为基础,设计了内外段比例为7∶1的展向自适应机翼。基于结构化网格和雷诺平均N-S方程,采用自主开发的流场求解器,研究了自适应机翼在不同速域、不同折叠角度情况下的总体气动性能以及操纵特性。从升阻比和机翼表面压力分布两个方面,对比了外段机翼在不同折叠角度下的总体气动效率以及折叠角度对流场特性的影响规律。研究结果表明,自适应机翼的对称变形在合适的折叠角度下可以使亚声速和超声速飞行条件下的气动效率大幅增加,增幅高达28%;亚声速飞行时的高气动效率来源于升力增加和阻力减小的共同作用,而超声速时的高气动效率主要来源于阻力的减小;在跨声速飞行条件下的气动特性随折叠角度变化不明显;非对称变形可以产生明显的用于方向操纵的滚转力矩和偏航力矩。通过将外段机翼折叠到不同角度,展向自适应机翼可以适应不同的飞行工况,获得更好的气动效益,可应用于下一代亚声速或超声速飞机。
【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
变形机翼分类
2017年，NASA采用基于SAW概念的验证机PTERA (Prototype-Technology Evaluation Research Aircraft）进行了13次试飞，证实了飞行时机翼外翼段上下折叠能增加偏航稳定性、减少舵面尺寸和尾部阻力。PTERA是波音737客机的11%缩比模型，该飞机全长为3.66 m，起飞总重为90.72kg，有效载荷为18.14kg。机翼初始展长为3.44m，机翼外翼段有38cm的翼段可上下折叠75°，如图2所示[11-12]。但是，在随后开展的一次飞行试验中，飞机完成侧倾转弯后在姿态改出时失控坠毁。目前NASA仍在对该次事故进行调查和分析，他们认为SMA驱动技术具有很好的应用潜力，不会因为这次小挫折导致SAW项目的停滞，并会按原计划对控制律开展深入研究来促进折叠机翼方法在未来的使用。此外，SAW项目团队还提出一个后续跟进项目，即在超声速飞机上验证SMA折叠机翼。目前正在采用全尺寸F/A-18战斗机（如图2所示）[12]对驱动力更大的SMA驱动器开展地面试验。总的来说，自莱特兄弟设计的人类历史上第一架可控飞机“飞行者1号”开始，机翼变形就成为确保稳定飞行的关键。“飞行者1号”不仅是世界上第一架飞机，也是飞机利用变体能力的第一次成功尝试。直到现在，自适应结构和变体飞机仍然是航空领域最活跃的研究课题之一。本文为了探索SAW项目气动特性和操纵特性的变化规律，本文采用数值模拟方法，分别计算和分析了自适应机翼在亚声速、跨声速和超声速来流条件下气动特性和操纵特性随机翼折叠角度的变化规律，希望能对未来我国类似飞行器的总体气动设计提供参考和方案指导。
图3是NACA0030机翼升力系数CL计算值和实验值的对比，其中来流速度为20 m/s。由图可知，在计算迎角α范围内，计算值与实验值吻合很好，说明了计算方法对亚声速机翼的流场具有较好的捕捉能力。图4是跨声速情况下ONREA M6机翼44%位置的压力分布情况（Cp为压力系数），马赫数为0.839 5，迎角为3.06°，雷诺数为1.127×107。从图中可以看出，本文计算结果同实验值基本吻合良好，并且能够十分精确地捕获到激波的位置。因此，说明本文程序在对跨声速流动情况的计算具有较好的可靠性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]排式双翼布局低雷诺数气动特性计算研究[J]. 张庆,叶正寅. 工程力学. 2019(10)
[2]一种基于充气气囊的垂尾抖振抑制新方法研究[J]. 张庆,叶正寅. 工程力学. 2014(12)
[3]排式充气机翼的高效气动布局研究[J]. 华如豪,叶正寅. 空气动力学学报. 2012(02)
博士论文
[1]空中发射分离过程的动力学问题研究[D]. 杨磊.西北工业大学 2018
本文编号：3576347
【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
变形机翼分类
2017年，NASA采用基于SAW概念的验证机PTERA (Prototype-Technology Evaluation Research Aircraft）进行了13次试飞，证实了飞行时机翼外翼段上下折叠能增加偏航稳定性、减少舵面尺寸和尾部阻力。PTERA是波音737客机的11%缩比模型，该飞机全长为3.66 m，起飞总重为90.72kg，有效载荷为18.14kg。机翼初始展长为3.44m，机翼外翼段有38cm的翼段可上下折叠75°，如图2所示[11-12]。但是，在随后开展的一次飞行试验中，飞机完成侧倾转弯后在姿态改出时失控坠毁。目前NASA仍在对该次事故进行调查和分析，他们认为SMA驱动技术具有很好的应用潜力，不会因为这次小挫折导致SAW项目的停滞，并会按原计划对控制律开展深入研究来促进折叠机翼方法在未来的使用。此外，SAW项目团队还提出一个后续跟进项目，即在超声速飞机上验证SMA折叠机翼。目前正在采用全尺寸F/A-18战斗机（如图2所示）[12]对驱动力更大的SMA驱动器开展地面试验。总的来说，自莱特兄弟设计的人类历史上第一架可控飞机“飞行者1号”开始，机翼变形就成为确保稳定飞行的关键。“飞行者1号”不仅是世界上第一架飞机，也是飞机利用变体能力的第一次成功尝试。直到现在，自适应结构和变体飞机仍然是航空领域最活跃的研究课题之一。本文为了探索SAW项目气动特性和操纵特性的变化规律，本文采用数值模拟方法，分别计算和分析了自适应机翼在亚声速、跨声速和超声速来流条件下气动特性和操纵特性随机翼折叠角度的变化规律，希望能对未来我国类似飞行器的总体气动设计提供参考和方案指导。
图3是NACA0030机翼升力系数CL计算值和实验值的对比，其中来流速度为20 m/s。由图可知，在计算迎角α范围内，计算值与实验值吻合很好，说明了计算方法对亚声速机翼的流场具有较好的捕捉能力。图4是跨声速情况下ONREA M6机翼44%位置的压力分布情况（Cp为压力系数），马赫数为0.839 5，迎角为3.06°，雷诺数为1.127×107。从图中可以看出，本文计算结果同实验值基本吻合良好，并且能够十分精确地捕获到激波的位置。因此，说明本文程序在对跨声速流动情况的计算具有较好的可靠性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]排式双翼布局低雷诺数气动特性计算研究[J]. 张庆,叶正寅. 工程力学. 2019(10)
[2]一种基于充气气囊的垂尾抖振抑制新方法研究[J]. 张庆,叶正寅. 工程力学. 2014(12)
[3]排式充气机翼的高效气动布局研究[J]. 华如豪,叶正寅. 空气动力学学报. 2012(02)
博士论文
[1]空中发射分离过程的动力学问题研究[D]. 杨磊.西北工业大学 2018
本文编号：3576347
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3576347.html
