现代先进翼梢小翼的气动特性分析

对于大部分的运输类飞机来说,飞机的巡航阻力在很大程度上决定了油耗,其中,诱导阻力占到总阻力40%左右,而翼梢小翼能使全机诱导阻力减小20%～35%,相当于升阻比提高7%。本文通过比较当前国际先进的四种翼梢小翼——上反式、帆板式、鲨鳍式和双羽式,基于相同的翼身组合体构型,建立统一拓扑结构的网格,通过N-S方程进行数值计算,分析其高速巡航状态的气动特性,比较它们之间减阻的区别及优劣,探索翼梢小翼的发展趋势。     

翼梢小翼几何参数对机翼气动特性影响研究

以某运输机为背景,以该机机翼为基本翼,加装融合式翼梢小翼,利用面元法,以诱导阻力最小为设计原则,研究翼梢小翼各几何参数对基本翼气动特性的影响规律.利用基于雷诺平均的N-S方程对基本机翼、带融合式翼梢小翼机翼的空气动力特性及尾涡特性进行对比,揭示翼梢小翼的减阻机理,为大型运输类飞机翼梢小翼设计提供依据.     

基于自由尾迹法小翼气动特性分析

基于(势流)涡方法开发了水平轴风力机叶片设计优化程序,采用自由尾迹模型对增加小翼后的叶片气动设计性能进行初步分析,研究了风力机设计工况下,小翼对气流涡位置及诱导速度分布等气动性能参数的影响,对比分析了增加小翼后功率输出情况。结果表明,增加小翼后风力机叶片在设计工况下功率系数有明显增加,可以考虑将叶尖小翼作为已安装风机功率提升的解决方案之一。     

阶梯式翼梢小翼的初步研究

对于大部分的运输类飞机来说,诱导阻力占到总阻力40%左右。各大航空企业都在致力于研究翼梢小翼,以减少诱导阻力,提高飞机性能。当前,空客A320NEO和波音737MAX均将采用新型的翼梢小翼。本文提出了一种全新布局的阶梯式小翼,基于翼身组合体高速构型,使用数值求解NS方程的方法,对阶梯式翼梢小翼在机翼翼尖处的安装位置、展向起始位置、根弦大小和梢根比进行参数化研究。     

机翼可折叠的飞翼布局飞行器验证机

飞翼布局飞行器拥有很高的气动效率,常规飞翼布局飞行器无法安装大襟翼,使得飞机的起降与巡航效率之间相互矛盾.设计一款机翼可以在空中向下折叠的飞行器,起飞降落阶段、机翼展开,使得飞机的起降距离减短:在巡航阶段,机翼折叠收起,减少阻力,提高巡航效率。对验证机进行FULENT气动分析,随着飞行速度的增加,折叠状态下的升阻比大于展开的状态,气动效果明显提升。     

新型双机身鸭式布局无人机气动特性

优化载重性能的气动布局设计是当前无人机研究重要方向,为提高物资运载能力和结构性能,基于连接翼、双机身、鸭式布局设计,提出一种新型双机身鸭式布局无人机,采用FLUENT详细研究了两种飞行速度下的升阻特性、压力云图、涡量分布等。研究结果表明,双机身鸭式布局无人机具有较高的升阻性能,速度提高时,升力系数增加而阻力系数减小,速度由30 m/s增加到60 m/s时,最大升力系数增加7.6%,升阻比增加4.8%;从表面压力云图看,升力主要贡献为前机翼、鸭翼和后机翼,失速迎角前后,后机翼未受前机翼和鸭翼气流干扰,提高了无人机的失速特性;巡航迎角状态的涡量较弱,仅在翼梢及部件连接处出现,失速迎角前后,翼梢、部件连接处涡系增强,且产生了干扰,机翼表面趋于分离。     

翼身融合水下滑翔机翼梢小翼减阻效应研究

针对翼身融合水下滑翔机,利用计算流体力学方法,获得了加装翼梢小翼前后水下滑翔机的流体动力特性.以翼梢小翼高度、前缘后掠角、外倾角为外形参数,对比得到不同翼梢小翼外形与减阻效率之间的关系.通过观察有翼梢附近的尾部流场,对翼身融合的水下滑翔机翼梢小翼的减阻原理进行了分析.不同翼梢小翼减阻效果对比表明:在速度一定的条件下,翼梢小翼会对水下滑翔机翼梢尾部流场涡的形成产生显著影响,合理的翼梢小翼能降低翼尖涡强度,抑制涡的产生,在一定攻角范围内达到减阻效果.     

翼梢小翼对某民机着陆构型的气动特性影响

本文针对某民机着陆构型,通过CFD方法研究了翼梢小翼对该着陆构型气动特性的影响,结果表明：加小翼后,能提高该民机着陆构型的升力系数,小迎角时抑制主翼梢部分离,阻力减小,但大迎角时使得主翼梢部分离扩大,阻力增加,且静稳定性变差。     

融合式翼梢小翼对飞机尾涡演化的影响

随着空中交通流量的增长，尾流间隔精细化、动态化缩减成为了民航发展的一种趋势，研究尾流演化过程也成为了民航领域关注的前沿科学问题。基于此，本文采用雷诺平均 N-S方程方法研究了B737-800飞机有无融合式翼梢小翼对飞机尾涡的演化过程影响。利用NASA动态尾流系统中APA尾涡消散模型计算了不同气象环境参数下有无小翼的尾涡环量变化。结果表明：融合式翼梢小翼可以分割翼尖涡，有效改变翼尖气流的流动特性，增大速度梯度，减小尾涡速度、尾涡能量集中程度和尾涡强度；不同大气湍流耗散率和大气层结稳定度下，小翼对尾涡强度的减小量不同。     

通用飞机翼尖小翼设计对飞机横航向稳定性影响研究

为了改善飞机的飞行性能,通用飞机通常会使用翼尖小翼装置,但往往会忽略它对飞机的飞行品质所产生的影响。通过对翼尖小翼产生的气动力进行计算分析,研究了翼尖小翼对横航向飞行品质的影响。研究结果表明:翼尖小翼会使荷兰滚模态振荡增加,螺旋模态稳定性增加,对飞机横航向稳定性影响较大。翼尖小翼需要针对飞机本身的气动特性进行设计。     

飞机加装翼梢小翼的结构适航验证

翼梢小翼在商用飞机上的应用越来越广泛,目前很多现役飞机或机型,申请加装翼梢小翼以达到减阻增升的目的,提高运营的经济性。加装翼梢小翼需要从多个专业角度进行适航验证已确保飞机的安全水平。本文主要从机体结构方面研究分析了翼梢小翼的安装对飞机结构的影响,指出了需要关注的问题,为适航审查人员提供指导。     

凹槽状小翼对涡轮动叶叶顶气动和传热性能的影响

针对叶顶间隙的高速泄漏流及复杂的流动问题,采用数值求解三维RANS方程和k-ω湍流模型方法,研究了凹槽状小翼结构对涡轮级动叶叶顶传热特性和气动性能的影响。数值获得的叶顶表面传热系数分布和实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。对比分析了叶顶压力侧、叶顶吸力侧和叶顶两侧凹槽状小翼结构与无小翼凹槽状叶顶的气动传热性能,研究结果表明,相比于无小翼凹槽状叶顶结构:叶顶压力侧、吸力侧和两侧凹槽状小翼结构的叶顶表面平均传热系数分别降低了12.2%、17.1%和19.8%,叶顶两侧凹槽状小翼结构最大程度降低了凹槽状叶顶间隙的泄漏流量,减弱了压力侧角涡和刮削涡,进而降低了凹槽状叶顶的传热系数;压力侧、吸力侧和两侧凹槽状小翼结构的动叶总压损失系数分别增加了8.5%、降低了8.5%和降低了2.5%。吸力侧凹槽状小翼结构能有效降低凹槽状叶顶的传热系数,并且减少气动损失,具有最佳的气热性能。     

叶尖小翼对轴流风机气动性能及噪声特性影响的数值研究

为了控制轴流风机叶顶泄漏流造成的气动损失和噪声,在轴流风机叶片顶部添加了融合式叶尖小翼结构,并对风机的气动性能及噪声特性进行了数值研究。采用大涡模拟结合声类比方程的数值方法,研究了叶尖小翼对轴流风机流场和声场的影响。通过对风机叶尖流场和声场进行分析,对比不同外倾角的融合式叶尖小翼周围的涡场结构以及表面声压脉动,分析了不同外倾角小翼对叶尖泄漏流的控制作用以及叶尖小翼对风机气动性能和噪声特性产生的影响。结果显示:叶尖小翼结构可以有效抑制叶尖泄漏涡以及叶尖分离涡的发展,降低轴流风机的气动噪声,提高轴流风机静压效率;使用20°外倾角的叶尖小翼,风机静压效率提高了1.1%,噪声降低了5.0dB;叶尖泄漏流造成的气动噪声主要是宽频噪声,叶尖小翼可以明显降低轴流风机的宽频噪声;通过优化叶尖小翼的外倾角可以在不损害风机气动性能的同时实现较好的降噪效果。     

不同倾斜角叶尖小翼水平轴风力机气动性能

为研究不同倾斜角的叶尖小翼对叶片气动性能的影响,设计了5种不同倾斜角的叶尖小翼,并采用结构化网格技术与CFD数值计算方法对比分析其气动性能。研究结果表明:与原始风力机相比,5种不同小翼对风力机输出功率及风能利用率均明显提升,最大输出功率增长16.73%,风能利用率增长4.41%;倾斜角较大的叶尖小翼能更多地增大叶片的上、下翼面压差,且翼根弯矩更小;大倾斜角小翼能明显改善叶尖绕流,打散叶尖拽拖强涡量,降低叶尖能耗损失。     

翼梢小翼形态对某民机低速气动特性的影响

本文针对某民用飞机着陆构型,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法研究了不同翼梢小翼形态对该着陆构型气动特性的影响。研究结果表明:不同小翼形态翼尖流动状态不同,对分离的控制不同,且能改变飞机的纵向力矩特性。     

一种螺旋桨飞机滑流影响的极曲线确定方法

在螺旋桨飞机的试飞验证中，为确定其实际的升阻特性，通过在一般极曲线的表达式中引入拉力系数项，推导出同时适用于螺旋桨飞机巡航状态、爬升状态和下降状态的通用极曲线模型。根据一型螺旋桨飞机飞行试验数据确定该飞机通用极曲线表达式。采用该通用极曲线计算得到的巡航状态下的阻力系数与试飞值的误差在5%以内，爬升率、下降率的计算值与试飞值的误差在5%左右，计算结果的误差基本在工程计算精度的允许范围，证明该模型具有工程实用性，可用于该飞机的飞行性能数据修正和扩展计算。     

加装翼尖小翼的仿生机翼在临近空间的气动性能分析

参照某型在飞无人机采用仿海鸥翼型设计出平直机翼并在其基础上加装翼尖小翼。通过对两种机翼的数值模拟,得出了加装翼尖小翼仿生机翼的气动性能明显优于平直机翼,加装小翼后仿生机翼有效地减小了下洗速度,降低了诱导阻力,使得机翼的气动性能有明显的改善。为无人机机翼的设计提供理论参考。
     

叶端加不同小翼对Krain离心叶轮气动性能影响的数值研究

为了控制离心压气机叶顶泄漏流,以压比为4.7的Krain低速叶轮为研究对象,将叶尖小翼技术应用到离心压气机中,采用数值模拟对其性能进行分析研究。对3组不同间隙加装不同宽度的小翼,分析了小翼在不同间隙下对于压气机性能及失速裕度的影响,以及不同宽度的小翼对于叶顶泄漏量、泄漏涡结构及轨迹的影响。结果表明:小翼结构可提升压气机的失速裕度,且小间隙下小翼结构对失速裕度的提升效果显著,其中1.0倍宽度小翼的失速裕度增加了8.73%;小翼结构可有效减少叶顶泄漏量,在叶片靠近前缘或尾缘位置加装小翼改善效果显著,泄漏量与小翼宽度成反比关系;小翼结构使得泄漏涡运行轨迹向压力面移动,形成泄漏涡的位置更加远离前缘,泄漏涡强度减弱。     

叶尖小翼对高亚声速扩压叶栅气动特性影响的数值研究

压气机正逐渐向着高负荷、高稳定性的方向发展.为有效控制该趋势下间隙区域内的流动损失加剧现象,可在高亚声速的扩压叶栅中加装叶尖小翼.本文对原型叶片及不同宽度的压力面与吸力面叶尖小翼叶片进行数值研究.结果表明:高亚声速下不同安装方案下的叶尖小翼均可以改善压气机的气动特性,削弱泄漏涡的强度,其中,压力面小翼对于流场的改善效果更为明显,与原型相比,PW2.0的总压损失系数降低了4.47%.     

面向方案设计的倾转旋翼飞机短距起飞性能

倾转旋翼飞机同时具备低速垂直起降和高速巡航飞行的能力,受到航空从业者高度重视,而短距起飞相比于垂直起飞可以提升有效载荷以及起降安全性,是倾转旋翼飞机特有的起飞方式之一。本文面向方案设计阶段,研究倾转旋翼飞机在短距起飞模式下,推导该类飞机地面滑跑距离与短舱动力倾转角、推重比等设计参数之间简洁有效的理论公式,并予以计算分析。结果表明：该方法合理可信,所得结论可为同类飞机设计提供参考,具有良好的工程应用价值。