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1、多段翼型的一种分析方法2000年8月第18卷第3期西北工业大学JournalofNorthwesternPolytechnieaUniversityAug.2000Vo1.18No.3一【多段翼型的一种分析方法詹浩,华俊张仲寅一一(西北工业大学飞机工程系.陕西西安710072)V2ii,V2f1.摘要:采用定常二堆败拉方程和积分形式的可压缩附面屡方程作为基本方程,井将附面屡方程耦合到求解酞拉方程的奎局性牛横解法中,形成了一种求解多段翼型高升力系统的数值计算方法计算蛄果与风洞试验蛄果进行了时比,两者基本吻合.计算实践表明,谊方法具有适用性强,收敛快的优点,是一种工程实用的计算方法美键词:!竺垫垦
2、:附面层,兰篮墨型中田分类号:V211.3文献标识码:A为了提高运输机的起飞着陆性能,现代运输机普遍采用了多段翼型技术,对多段翼型的高升力性能进行分析便成为气动设计的一个重要课题.由于目前国内求解多段翼型的已有工程方法是面元法加附面层惨正,精度不高且计算结果不稳定因此,设计部门对多段翼型的气动设计还主要依靠风洞试验.由于求解多段翼型的有粘流动比单段翼型复杂得多,一般用于求解单段翼型粘性流动的有粘/无粘迭代方法不能很好地应用到多段翼型上i又由于多段翼型结构罔格生成的复杂性限制了用NS方程求解多段翼型i因此,急需新的高精度气动分析方法来代替目前国内外求解多段翼型的全速势方程加附面层惨正的方法.本文
3、根据文献1提供的方法,采用欧拉方程与可压缩附面层方程耦台求解,形成了一种求解多段翼型的工程实用的数值计算方法.1方法描述采用定常二维欧拉方程作为基本方程.对于封闭的控制体,积分形式的定常二维欧拉方程为质量方程f阳?山一.(1)动量方程P(q?;)q+户一o(2)可压编附方程参影jc文章编号:10002758(2000)030438-04能量方程中阳?,ds一0(3)式中,为单位外法向矢量,为驻点焙.在流线网格中使用有限体积法对欧拉方程求解.由于单元的两侧边界为流线,因此没有质量通量穿过该两边,只有式(2)中的压力项有贡献这表明,只在另外两侧边界上需定义密度和速度.速度的方向必须与当地的几何形状
4、相一致,即和单元的两个侧边是流线的规定相一致采用全局性牛顿方法解算欧拉方程.用守恒型差分格式,对超音速区使用了人工粘性,以便正确捕捉激渡.考虑粘性影响的办法是,认为附面层和尾流把无粘流动从物体表面推开,推开的量等于位移厚度.本法采用积分形式的可压缩附面层方程,采用着名的卡门动量积分关系式百d8一吾字一等+一妄丽du,2c)百一丁一l可十一;j丽J式中的动量厚度口,位移厚度和表面摩擦系数c,定义如下一肌一老却(5a占Cff一收藕日期:19981203作者筒介借l惦(1972一),男,上海市人.西北工业大学博士生,主要从事计算及设计空气动力学的研究.(sb)(5c)第3期詹特等:多殷翼型的一种分析
5、方法动能积分关系式为d面O=zc.一等+s一繁(6)式中的能量厚度,密度厚度d和耗散系数C.定义如下.一一却一肛1一P-l-ud(7b)d一一Jl一J(7bc.一士嵩d(7c)再定义三个形状参数H=等H=鲁H一等式(4)和式(6)可改写成吾鬈=吾譬一(H+2一)du,(9)dH2C0Cf矿F一百万一百一等+lHidu,(10)式(10)称为形状参数方程.在此基础上构造层流和紊流封闭关系式,附面层转捩准则是基于臭尔一桑耿弗尔德方程计算的e准则嘲.把附面层求解耦合到求解欧拉方程的全局性牛顿解决中.在选代求解时,按附面层位移厚度逐敬惨改流线形状,即惨改流线网格.最终得出翼顶压力分布,升,阻力系数,以
6、及与之相应的流场流线型网格.2算例及结果分析首先采用RAE一2822翼型作为算例,验证了本文方法的可行性和精度.计算状态为来流马赫敷为0.73雷诺敷为6.510图l蛤出了本文方法计算结果,NS方程计算结果和风洞试验结果的压力分布比较.表1比较了三种结果的升力系数和阻力系数.由图1和表l可见,本文方法的计算结果与风洞试验结果吻合较好与采用NS方程的计算结果也十分接近,且对阻力系数的计算更准确,表明本文的方法能较好的模拟真实的牯性流动,是一种高精度的数值分析方法.在本算倒中,采用本文方法的计算所用时间是NS方程计算所用时间的近十分之一,这表明本文方法具有收敛快的特点,是一种工程实用的气动分析方法.
7、X/C图1压力分布寰1培果比较本文采用文献7提供的GAWl翼型与30弦长襟翼的两段翼型构型作为算例.计算状态为来流迎角为12.8.襟翼偏角为20.0.来流马赫数为0.13雷诺数为2+210图2给出了压力分布的计算结果与风洞试验结果的比较,两者基本吻合.X/C图2压力分布?440?西北工业大学第18卷由于本文采用流线圈格进行计算,所以流向的网格线就是流线.图3,图4分别给出了计算初始时和收敛时的流线圈.可见,在流动已经出现很大的分离的情况下,计算仍能够很好地模拟真实的粘性流3结论图3计算初始时的流线圈计算实践表明,采用本文的耦台求解欧拉方程和积分形式的可压缩附面层方程的方法进行多段翼型的流场分析
8、是可行的.由于该方法可以很好地模参考文献:动.因此,本文的方法适用于有大分离区的流场数值分析,可以很好地应用于多段翼型高升力系统的流场分析图4计算收敛时的流线图拟有较大分离的流动,因此尤其适用于进行多段翼型高升力系统的分析计算.并且该方法具有适用性强,收敛快的优点,是一种工程实用的高精度的气动分析方法.在此方法的基础上进行多段翼型高升力系统的设计和优化也是可行的13DrelaM.NewtonSolutionofCoupledViscous/InviscidMultielementAirfoilFlows.AIAA一901470,i9902DfelaM.TwoDimensionalTranson
9、icAerodynamicDesignandAnalysisUsingtheEulerEquations.GTLReportNo.187,19883WhitfieldDL.AnalyticalDescriptionoftheCompleteTurbulentBoundaryLayerVelocityProfileAIAA一78?1158,19784GreenJE,eta1.PredictionofTurbulentBoundaryLayersandWakesinCompressibleFolwbyaLagEntrainmentMethod.ARCRSJVlReportNo.3791,HMSO,
10、London:19775ThomasJL-IntegralBoundaryLayerModelsforTurbulentSeparatedFlows.AIAA一84-1615,19846GleyzesC,el:.ACalculationMethod.fLeadingEdgeSeparationBubbles.PreBsentedattheSecondSymposiumonNumericalandPhysicalAspectsofAerodynamicFlows,LongBeach.California:9837WentzWH,JrSeethramHC,FisckoKA.ForceandPres
11、sureTestsoftheGA(W).1Airfoilwitha20%AileronandPressureTestswitha30FowlerFlap.NASAR一2833.1977第3期詹浩等多段翼型的一种分析方法?441?ASomewhatImprovedMethodforAnalyzingMultiElementAirfoilsZhanHao,HuaJun,ZhangZhongyin(DepartmentofAircraftEngineering.NorthwesternPoiytechnicalUniversity,XIfall710072)Abstract:Wesomewhatim
12、provedDretasmethodforcalculatingcoupledvigcous/inviscidmultielementairfoilinordertOapplyittOthespecialhighliftcase.AstreamlinebasedEulerdiscretizationandacornpressibleintegralboundarylayerformulationwerecoupledthroughthedisplacementthicknessandsolvedsimultaneouslybyafullNewtonmethod.Theresultsofthec
13、alculationexampleareinquitegoodagreementwiththeexperimentsevencomparedwiththoseofNavierStokescode,whilethecomputationalover-headismuchlessthantheothermethods.Keywords:Eulerequations,boundarylayer,multielementairfoil1999年工程索引月刊收录西北工业大学论文篇数情况1999年工程索引月刊收录西北工业大学论文48篇,其中在18行以上的论文15篇的情况如下:31行的1篇:99-M1486
14、89郑恪臃28行的1篇:99-M088709张克实25行的2篇:99一MI12730张军99-M123160ZhangQunfei24行的3篇:99一M001093李金富;99-M083090刘永常99一M09911Z徐永东23行的2篇:99-M042869叶笃毅;99一M115339成来飞22行的2篇:99-MO8773Z苏超伟;99一Ml19036LiMingjun21行的1篇:99一M105165踩昌明20行的1篇:99一M007197董长星19行的2篇:99一M004481何明一;99一M098774侯向辉以上15篇,腺ZhengQunfei一篇为国际会议论文外,其余14篇均为国外刊物论文.1999年工程索引月刊仅收录16万余篇论文,比1998年减少约2万篇.我国高校绝大多数不再出现在工程索引月刊上,因此我校被月刊收录论文大幅度减少.但披收录的48篇西北工业大学论文中有15篇介绍在18行以上是意外地多.周宗锡胡沛泉2000年7月5日