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《低雷諾數(shù)分布式螺旋槳滑流氣動影響》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、航空學報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252016V01．37No．92669-2678ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．On低雷諾數(shù)分布式螺旋槳滑流氣動影響王科雷1’2，祝小平2，周洲1’2一，王紅波1’21．西北工業(yè)大學航空學院，西安7100722。西北工業(yè)大學無人機特種技術重點實驗室，西安710065摘要：以高空長航時(HALE)太陽能無人機(UAVs)研究為背景，采用基于混合網(wǎng)格技術及k-k。一m轉(zhuǎn)捩模型求解雷諾平均Na
2、vie卜Stokes(RANS)方程的多重參考系(MRF)方法，對3種螺旋槳一機翼構型的低雷諾數(shù)氣動特性進行了高精度準定常數(shù)值模擬，在等拉力前提條件下，通過對比機翼氣動力系數(shù)及表面流場結(jié)構特征分析了分布式螺旋槳(DEP)滑流對FX63—137機翼的氣動影響。研究表明：螺旋槳滑流影響使得槳后總壓及流速顯著增大，這是機翼升力增大的主要原因，但同時機翼阻力特性急劇惡化，升阻比反而降低；螺旋槳滑流向機翼邊界層內(nèi)注入豐富湍動能從而抑制流動分離，擴大機翼表面湍流范圍及附著流動區(qū)域；分布式螺旋槳滑流與低雷諾數(shù)機翼表面復雜流動相互作用顯著，主要表現(xiàn)為滑流區(qū)域邊界展向渦結(jié)構的產(chǎn)生
3、。關鍵詞：高空長航時；太陽能無人機；混合網(wǎng)格；轉(zhuǎn)捩模型；多重參考系；低雷諾數(shù)；分布式螺旋槳；層流分離泡中圖分類號：V211文獻標識碼：A文章編號：1000—6893(2016)09—2669一lO自首架太陽能飛機Sunrise[1]成功飛行以來，太陽能飛機的發(fā)展受到了社會各界的廣泛關注[2≈]。由于以太陽能為主要能量來源，高空長航時(HighAltitudeLongEndurance，HALE)太陽能無人機(UnmannedAerialVehicles，UAVs)被認為真正具有“永久飛行”的可能。但是這一類飛行器由于飛行高度高，空氣密度較低且湍流黏性較強，低雷諾
4、數(shù)特征顯著，飛機表面邊界層內(nèi)流動易于發(fā)生層流分離，經(jīng)流動轉(zhuǎn)捩后湍流再附，從而形成典型的層流分離泡結(jié)構n-6]，顯著降低了全機氣動效率以及螺旋槳推進效率，同時流場狀態(tài)極為復雜，導致數(shù)值模擬精度相對較低。因此為了滿足高空拉力需求，太陽能無人機往往需要使用大尺寸直徑螺旋槳或多個較小尺寸螺旋槳進行驅(qū)動。如美國“太陽神”無人機[7]采用分布式螺旋槳驅(qū)動方式[8113，全機表面約50％以上區(qū)域均處在螺旋槳滑流中。此時太陽能無人機的三維流動效應、低雷諾數(shù)效應、螺旋槳一螺旋槳氣動干擾及螺旋槳一機翼氣動干擾等問題將不容忽視。目前針對低雷諾數(shù)狀態(tài)下單獨螺旋槳滑流與機翼之間的氣動干擾
5、問題國內(nèi)外眾多學者已經(jīng)進行了大量理論及實驗研究[1}16
6、，研究表明螺旋槳滑流可以增大機翼表面空氣流動速度，從而達到增升的效果，但在不同研究狀態(tài)下螺旋槳滑流區(qū)域內(nèi)機翼的阻力特性變化趨勢并不完全一致。其中，Catalanocl2]通過對35萬雷諾數(shù)下螺旋槳滑流對FX63—137機翼的氣動影響進行的實驗研究表明：在螺旋槳滑流影響區(qū)域內(nèi)，機翼表面邊界層內(nèi)典型低雷諾數(shù)層流分離泡結(jié)構將徹底消失，拉力螺旋槳作用下的機翼表面流動轉(zhuǎn)捩位置將接近機翼前緣，而推力螺旋槳作收稿日期：2015．09．29；退修日期：2015—11—20；錄用日期：2016．01-27；網(wǎng)絡出版時間：2
7、016·01·2914：23網(wǎng)絡出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929．V．20160129．1423002．htmI基金項目：陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃(S2015TQGY0061)*通訊作者．Tel：029-88453368E-mail：zhouzhou@nwpuedu．OR戥甬格武II辯雷．棍小平。羈潲．等．低雷諾數(shù)分布武螺旋槳滑流氣動影響￡J
8、航空學報，2016，37(9)：2669-2678．WANGKL，ZHUXP．ZHOUZ．etaliDistributedelectricpropulsionslipstreama
9、erodynamiceffectsatlowReynoldsnumber【Jj．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(9)j2669-2678．航空學報Sep．252016V01．37No．9用下的機翼表面流動轉(zhuǎn)捩將發(fā)生延遲。然而，國內(nèi)外針對多螺旋槳結(jié)構與機翼之間氣動干擾問題的研究仍有所欠缺，針對螺旋槳飛機設計過程中的螺旋槳應用選擇問題亦缺乏認識。近年來佐治亞理工的Patterson和Ger—manEl71以及NASA蘭利研究中心的Nicholas和Mark[181對NASA提出的分布式螺旋槳推進系統(tǒng)分別進行了初
10、步的氣動研究及總體概念設
