2009
年
2
月
第
27
卷第
1
期
西北工业大学学报
Feb.
2009
Vo
l.
27
No.
1
Journal
of
Northwestern
Polytechnical
University
考虑气动弹性影晌的机翼复杂气动外形设计研究
詹浩,程诗信,朱军
(西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点研究室,陕西西安
710072)
摘
要:根据气动-结构一体化设计思想,结合机翼在真实飞行条件下受到气动载荷产生弹性变形
的问题,进行了一种考虑静气动弹性影响的复杂机翼气动外形反设计方法研究。气动载荷及机翼结
构弹性变形由基于非结构网格的三维
Euler
方程相合结构力学平衡方程求解得到;用
Takanashi
余量修正方法作为机翼反设计方法,进行"复杂机翼气动弹性分析"简单光滑机翼反设计"循环迭代
设计。以某型带有挂架及翼梢小真的支线飞机大展弦比机翼作为设计算例,设计结果表明发展的设
计方法是可行的,具有很高的工程实践意义和实用性。
关
键
词:气动弹性,复杂机翼外形,气动外形设计,反设计方法
中图分类号:
V218
文献标识码
:A
文章编号
:1000-2758(2009)01-0100-05
现代先进的运输类飞机通常采用大展弦比机翼
作为其主机翼,由此产生的气动弹性问题是飞行中
不可忽视的问题。随着计算流体力学和航空相关学
科的发展,在一体化设计思想下考虑气动弹性影响
的机翼设计已经为很多航空工作者所关注。
实践证明,机翼附属部件对机翼的空气动力性
能有明显的影响,例如机翼的挂架对机翼的表面压
力分布影响并不仅仅局限在挂架的附近区域,而是
会影响到机翼的整个展向区域;机翼的翼梢小翼不
仅改变了翼尖部分流动特性,也影响了机翼内侧的
压力分布。因此要精确地预测机翼的气动弹性特性
时应当考虑这些附属部件的气动影响,这也是进行
机翼气动外形设计的基础。
在气动-结构一体化设计思想下,考虑复杂机翼
外形的气动弹性影响,并以此为基础对机翼进行气
动外形设计,与简单设计光滑机翼相比更具有实际
意义。
1
CFD
方法
Euler
方程是对无粘流动的准确描述,目前,在
亚、跨和超音速范围内解三维
Euler
方程技术已经
收稿日期:
2007-11-29
非常成熟。因此选择
Euler
方程为流动控制方程。
本文的
Euler
方程的求解是在非结构网格下,
用中心差分形式的格心有限体积法离散,使用四步
Runge-Kutta
方法作显式的时间推进,同时采用当
地时间步长、隐式残值光顺等加速收敛措施,进行机
翼气动力分析计算。为了数值处理的方便,这里给出
有限体积方法的出发方程一一笛卡儿坐标系下
Euler
方程的守恒积分形式
去
IlwdV
+ IIF.
ndS
= 0 ω
V
i!i
式中守恒变量项
W
为
W=[
ρ
,
pu
,
pv
,
仰
,
pEJT
式中
,
V
为控制体
,
av
表示控制体单元的边界
,
dV
是体积微元
,
n
是控制体边界外法向单位向量
,
dS
是
面积微元
;ρ
、
u
、
u
、
ω
、
E
分别表示流体的密度、
z
、
y
和
z
轴方向的流体速度和单位体积流体的总内能
;F
为
通量项。
非结构网格与结构网格相比,对复杂机翼外形
具有更佳的适应性。对于本文所要解决的机翼外形
分析情况,选择非结构网格作为气动模拟的基础,既
节省网格生成时间,同时也具有比较好的气动分析
准确性。
作者简介:詹
浩
0971
一)
,西北工业大学副教授,主要从事飞行器外形设计研究。