不同后掠角三角翼的靜態(tài)地面效應(yīng)數(shù)值模擬

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1、2016年12月北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)December2016第42卷第12期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．12http：ffbhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001．5965．2015．0844不同后掠角三角翼的靜態(tài)地面效應(yīng)數(shù)值模擬秦云鵬，劉沛清，屈秋林+，黃列偉(北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京100083)摘要：采用數(shù)值模擬的方法研究了不同后掠角三角翼的靜態(tài)地面效應(yīng)，通過對氣動(dòng)力和流場特性的分析發(fā)現(xiàn)，隨著

2、后掠角的減小，地面對迎風(fēng)面下流動(dòng)的阻滯作用增強(qiáng)，地效導(dǎo)致的迎風(fēng)面氣動(dòng)力增量也隨之增大。地效導(dǎo)致的背風(fēng)面氣動(dòng)力增量同樣隨著后掠角的減小而增大，但在不同的后掠角范圍內(nèi)，地效誘導(dǎo)背風(fēng)面氣動(dòng)力增量的機(jī)理不同：中大后掠角下，其主要通過增強(qiáng)前緣渦強(qiáng)度誘導(dǎo)更大的吸力，而小后掠角下，其主要通過促進(jìn)前緣渦向內(nèi)擴(kuò)散增大吸力范圍。關(guān)鍵詞：后掠角；三角翼；靜態(tài)地面效應(yīng)；迎風(fēng)面；前緣渦中圖分類號：V211．3；V19文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001．5965(2016)12．2669-07三角翼布局廣泛應(yīng)用于高機(jī)動(dòng)戰(zhàn)斗機(jī)、無人戰(zhàn)斗機(jī)以及部分超聲速民航客機(jī)，其覆蓋了較大的后掠角范圍。在這些飛機(jī)的起降階段，飛

3、機(jī)的氣動(dòng)特性和周圍流場會因地面的存在而不同于其高空特性??？紤]到起降是飛機(jī)事故最多發(fā)的階段，研究不同后掠角三角翼布局的地面效應(yīng)(地效)特性對確保飛行安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對發(fā)展適合上述各類飛機(jī)的起降系統(tǒng)和自動(dòng)起降系統(tǒng)具有指導(dǎo)意義舊1。目前地效的主要研究對象為附著流型的大展弦比機(jī)翼的地效，根據(jù)流動(dòng)特征其可以分為弦向地效和展向地效"?，二者已經(jīng)被廣泛認(rèn)知。但三角翼的流場結(jié)構(gòu)不同于大展弦比機(jī)翼的，其地效屬于分離流型的地效。目前有關(guān)三角翼地效的少數(shù)研究主要為飛行測力和風(fēng)洞測力試驗(yàn)研究。飛行測力方面，主要通過定高度飛行和定迎角下滑飛行試驗(yàn)研究三角翼類布局全機(jī)的靜態(tài)地效和動(dòng)態(tài)地效。通過

4、上述飛行試驗(yàn)方法，Schweikhard¨1和Baker等沖1測量了F一104、XB-70和F5D．1的地效氣動(dòng)數(shù)據(jù)，Corda等舊1測量了F．15的地效氣動(dòng)數(shù)據(jù)，Curry【71測量了F一16XL的地效氣動(dòng)數(shù)據(jù)，上述氣動(dòng)數(shù)據(jù)顯示：三角翼布局飛機(jī)的升阻力和低頭力矩隨著離地高度的降低非線性單調(diào)增加；三角翼布局在動(dòng)態(tài)地效下的氣動(dòng)力增量要小于在靜態(tài)地效下的氣動(dòng)力增量。由于飛行試驗(yàn)中的影響因素復(fù)雜，風(fēng)洞測力試驗(yàn)被用來驗(yàn)證地效飛行測力試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。Chang哺刪和Lee?叫等對縮比模型的風(fēng)洞地效測力試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了已有的地效飛行測力結(jié)果。已有的研究表明，地效對三角翼布局氣動(dòng)力的影響已經(jīng)

5、較為清楚，但是，上述飛行試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)幾乎沒有涉及地效對流場的影響。最近，Qu等¨引采用數(shù)值模擬的方法研究了尖前緣標(biāo)準(zhǔn)三角翼模型VFE-2在200迎角下的靜態(tài)地效，研究發(fā)現(xiàn)：由于迎風(fēng)面下的流管隨著離地高度的降低而擴(kuò)張，下表面的流動(dòng)受到阻滯，迎風(fēng)面上的壓力大幅增加；同時(shí)，迎風(fēng)面下展向流動(dòng)的增加間接增強(qiáng)了前緣渦的強(qiáng)度；此外，前緣渦的位置會整體略收稿日期：2015．12．22；錄用日期：2016-03-18；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-05-0316：51網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160503．1651．003．html基金項(xiàng)目

6、：國家自然科學(xué)基金(11302015，11272034)；航空科學(xué)基金(2015ZA51012)}通訊作者：Tel．：010-82315463E-mail：qql@buaa．edu．cn弓I用格ic：秦云賡，劉浠清，屈秋琳，等．不同后掠角三角翼的靜態(tài)地面效應(yīng)數(shù)值模擬ⅣJ．北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，42(12)：2669．2675．QINYP。LIUPQ，QuQL，eta1．Numericalsimulationtostaticgroundeffectofdeltawingswithdifferentsweepan。glesfJJ．JoumaJ。fBeijingUniyers

7、ityofAemnauticsandAstronautics，2016，42(J2)：2669-2675(inChine88)-2670北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)2016年微外移，前緣渦則因?yàn)槟鎵禾荻鹊脑鰪?qiáng)而提前破裂。對比迎風(fēng)面壓力增量的積分和背風(fēng)面吸力增量的積分發(fā)現(xiàn)，地效下氣動(dòng)力的增量主要來自迎風(fēng)面的貢獻(xiàn)。文獻(xiàn)[13]不僅分析了VFE-2在地效下的氣動(dòng)特性變化，還進(jìn)一步揭示了其氣動(dòng)力變化背后的流動(dòng)機(jī)理。顯然已有的三角翼地效研究涉及了多個(gè)后掠角，但是后掠角對三角翼地效的影響規(guī)律目前尚未