隔离缝对三段测力模型影响分析_张晋涛.pdf

-41-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 8 期航空航天固定翼飞机的机翼、直升机旋翼和风力机叶片是由不同类型的二维翼型经组合和扭转形成的，翼型的空气动力性能对这些装备的整体性能影响很大，而风洞试验是翼型气动性能研究的重要手段，目前常用的试验手段有测压法和测力法两种。用测力法进行翼型风洞试验时，为了保证三段式模型的中央测力段不与上、下外延段有直接的力传递，在中央段沿展向的两端设计有隔离缝，这两条隔离缝的存在必然会造成翼型模型上下表面之间的“串流”，从而使理想的二维流动受到干扰或破坏，最终影响翼型的气动性能。为研究此问题，本文针对三段式测力翼型模型的隔离缝，用 CFD 数值计算方法研究隔离缝对翼型气动特性的影响。风洞及翼型模型为了研究隔离缝对翼型气动特性影响，分别考虑无缝（缝宽 0mm）和缝宽 3mm 的情况，并以此进行模型设计。针对翼型风洞试验场景进行建模，风洞模型长 宽 高（8m3m1.6m），翼型选取 NACA0012，展长 1.6m，弦长 0.9m，其中 3mm 缝宽翼型中间段长 400mm，上下延伸段长 597mm。建模结果如图 1。在此模型基础上进行网格划分，并进行 CFD 仿真计算。参考国内外相关文献，采用 SST k-湍流模型进行仿真计算。压力云图对比分析选择迎角=10，马赫数 Ma=2.0106（对应风速V=32.5m/s）状态进行计算，无缝翼型的压力云图如图 2，缝宽 3mm 翼型压力云图如图 3。从图中可以看出，隔离缝导致翼型表面高压和低压峰值都有不同程度的降低，隔离缝导致低压区向后移动，整个翼型的压力分布也有所变化。观察前缘低压区压力分布，如图 4，可以看到缝隙两侧低压区有明显变化，越靠近隔离缝两侧受到的影响越明显，远离隔离缝时负压区逐渐恢复。行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度隔离缝对三段测力模型影响分析张晋涛张晋涛中国飞行试验研究院图 1 CFD 计算建模图中国科技信息 2023 年第 8 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-42-航空航天图 2 无缝翼面压力云图图 3 缝宽 3mm 翼面压力云图图 4 前缘缝周边压力分布图 5 缝两侧压力分布图 7 缝宽 3mm 翼面流场分布图 6 无缝翼面流场分布进一步对隔离缝两侧避免压力分布进行分析，压力分布如图 5。可以看到从翼型前缘到后缘，压力逐渐增大，到后缘时，压力基本与上翼面后缘压力一致。流场对比分析生成翼面流线进行对比分析，图 6 为无缝条件下翼面流场分布情况，可以看到在该计算条件下，翼面上下靠近风洞洞壁部分已经形成涡，在翼型后缘也有些许分离。图 7 为 3mm 缝宽条件下翼面流场分布情况，通过对比发现可以看到隔离缝处有气流流动，不但对隔离缝两侧的流动产生影响，而且整个翼面流动都有所变化。对隔离缝处的流线进行局部观察，如图 8 所示。可以看到气流从下翼面通过隔离缝流动至上翼面并向两侧翻转，碰到翼面气流后延翼面向后流动。压力分布对比分析弦向压力分布对比分析一般翼型测压试验都以翼型中剖面的升力系数作为翼型升力系数，因为这一剖面位于风洞试验段流场中心，数据准-43-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 8 期航空航天体现，整个中剖面压力分布只有微小的变化。但是通过翼面流线图我们可以观察到缝对翼面的流动分离产生影响，这表明在失速迎角附近隔离缝有可能导致更大的影响，这还需要进一步研究分析。图 9 中剖面压力分布对比（Re=2.0106，=10）图 10 前缘展向压力系数随距离变化曲线（Re=2.0106，=10）图 11 中部展向压力系数随距离变化曲线（Re=2.0106，=10）图 12 后缘展向压力系数随距离变化曲线（Re=2.0106，=10）确度最高，最能体现翼型的二维特性。因此对中剖面压力分布进行分析。图 9 是Re=2.0106，=10条件下中剖面的压力分布对比图，横轴是弦向距离，纵轴是压力系数。可以看到有隔离缝时，前缘吸力峰受到影响，隔离缝导致翼型前缘吸力峰降低，并且整个上翼面压力系数都略有降低。下翼面压力系数也略有降低，但是相比上翼面变化较小。展向压力分布对比分析在弦向不同位置（10%，30%，70%）对沿展向压力分布进行绘图分析。如图 10 到 12 是不同弦向位置三列沿展向压力分布，其中横轴是距中剖面距离，纵轴是压力系数，可以明显观察到，带有隔离缝的条件下，在 200mm 位置（隔离缝）附近压力系数出现了明显波动，也就是说隔离缝影响了压力系数，并且越靠近隔离缝影响越大。结语通过 CFD 对翼型风洞试验进行模拟计算，得到了 3mm缝宽条件下和无缝条件下翼面的压力分布，对其进行对比分析可以发现，缝道使翼型上下两侧气流发生串流，由下翼面高压区流向上翼面低压区，并进一步对整个翼面流动产生影响。通过展向压力分布对比可以发现，隔离缝对其附近影响较大，远离缝的位置影响较小，这在中剖面压力分布上也有图 8 缝道流场分布