针对机翼前、后缘控制面对鸭翼-前掠翼布局飞行器静气动弹性的影响,通过CFD/CSD松耦合计算方法求解三维不定常N-S方程和线弹性静力学方程,得到了前、后缘控制面单独偏转和协同偏转状态下弹性前掠翼的气动特性和弹性特性。研究结果表明:弹性机翼相比于刚性机翼有更好的升力特性和大迎角失速特性;控制面偏转方式的变化也会对气动特性和弹性特性产生影响,当控制面单独偏转时,前缘控制面下偏和后缘控制面下偏均能增大弹性机翼的升力系数,最大升力系数增量分别为2.60%和8.69%;当控制面协同偏转时,同向偏转时的升力增幅比单独偏转时更大,最大升力增量为11.96%,反向偏转的升阻比特性较好,并可在小迎角范围内降低弹性变形和扭转。

为了研究高速前掠翼飞机低速气动力变化特性,以一种NACA64A005高速薄翼型前掠翼翼身组合体模型为基本研究对象,包括相应后掠翼模型和细长边条前掠翼模型,开展模型纵向气动力低速风洞实验研究,模型攻角变化范围-4°^+36°,实验风速29 m/s,特征雷诺数4×10~5。结果表明:前掠翼模型与相应后掠翼模型升力和阻力变化特性基本相同;但前掠翼表现出较好的大迎角气动力性能发展趋势。翼根前加装面积仅为机翼面积5.2%的大后掠细长边条后,前掠翼模型升力特性和气动效率明显提升,33°迎角最大升力系数比基本前掠翼提高约40%。依据模型风洞实验实际条件,采用ICEM和FLUENT软件与雷诺时均N-S方程,进行前掠翼模型定常黏性空间流场气动力数值仿真,结果表明建模和边界条件设置合理,仿真计算能够支持分析风洞模型实验数据。

本文采用数值仿真方法研究了亚声速叶栅损失特性和流场结构在高空低雷诺数条件下的流动特点,获得了叶型损失系数和流场结构在不同雷诺数情况下的变化规律。结果表明:随着雷诺数降低,平面叶栅总压恢复系数分布以及叶栅尾迹区流动均发生剧烈的变化;随着雷诺数降低,零攻角与负攻角的吸力面尾缘分离区增大,且在20km时吸力面出现明显的分离涡;随着雷诺数的降低,分离涡逐渐后移。

针对前掠翼静气动弹性发散问题,基于等离子体流动控制与流固双向静力耦合技术,通过求解三维定常可压N-S方程与结构静力平衡方程,在亚声速条件下施加等离子体激励和不施加激励时对其进行对比仿真研究。前掠翼选用NACA0015翼型,等离子体流动控制采用唯象学模型,施加在机翼上表面前缘。研究结果表明在前掠翼外侧上表面前缘施加等离子体激励后,激励区附近局部来流经激励受到电场力做功,总能量增加,动能与压力势能分别有不同程度的增大,外在表现为上表面局部流速加快,压力增大,升力有一定损失,下表面压力基本不变,在机翼前缘外侧靠近翼尖处产生低头力矩,可控制前掠翼弹性变形,有效抑制其气弹发散,且随着激励强度的增加,抑制作用逐渐增强。研究结果可为变前掠翼飞行器的气动弹性设计和机翼的流动控制等提供参考。

前掠机翼相对于后掠机翼具有增升减阻、延迟失速和提高飞机的机动性能等优势,但其表面特殊的压力分布导致的气动弹性发散问题一直是制约其发展和应用的瓶颈难题。以前掠翼气动弹性发散的有效主动抑制问题为背景,结合气动与结构优化设计和流动控制理论,研究多控制面联合偏转时机翼表面的流动形态和载荷分布,揭示其对前掠翼气动弹性的作用机理和影响规律,探索多控制面联合偏转对前掠翼气弹发散主动抑制的可行性。针对前期研究单组控制面偏转对前掠翼的弯扭变形抑制效果不佳等问题,以较小的气动弹性变形为约束条件,以获得较好的气动性能收益为目的,采用CFD/CSD松耦合数值仿真计算方法,通过耦合求解三维非定常N-S方程组和线弹性静力学方程组,对前掠机翼的单组和多组控制面同向偏转时的流动形态、压力分布和弹性变形进行了研究。结...

为了探索串置前掠翼气动特性受前掠角变化的影响,基于一种串置前掠翼身组合基本模型,保持机翼展长和几何面积不变,构建不同前掠角的流场计算模型。采用FLUENT软件数值计算纵向气动力和粘性流场随前掠角和迎角的变化特性,选择远场来流马赫数0.8,迎角0°^+40°。前掠角20°模型在迎角0°~30°呈现出高升力系数和高升阻比,最大升阻比迎角为10°。前掠角40°模型升力系数在40°迎角时达到最大且未失速,大迎角气动特性良好。前翼和后翼对模型整体升力的贡献有所差异,前掠角是串置前掠翼构型气动特性的重要影响因素,通过改变前掠角能够获得合适的布局气动力性能。