一种改善双凸起翼段性能的前缘双凸起结构及其流动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种改善双凸起翼段性能的前缘双凸起结构及其流动控制方法。一种改善双凸起翼段性能的前缘双凸起结构，所述前缘双凸起布置方式包括基础翼型和两个前缘凸起，所述两个前缘凸起设置在基础翼型上，所述两个前缘凸起结构相同，每个所述前缘凸起的前端轮廓线均为正弦型，其周期均为弦长的25％，所述两个前缘凸起幅值均为弦长的10％。是为了改善现有前缘双凸起结构对流动进行控制中出现性能降低现象，目的在通过改变两个凸起间间距实现对性能的提升。性能的提升。性能的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种改善双凸起翼段性能的前缘双凸起结构及其流动控制方法


[0001]本专利技术属于的
；具体涉及一种改善双凸起翼段性能的前缘双凸起结构及其流 动控制方法。

技术介绍

[0002]近年来翼型的增升减阻问题成为飞机、风力机等所属流体机械方向的热门问题。根据 研究发现，随着来流攻角增加翼段的性能表现为先增加到达某一临界攻角后，迅速下降阻 力系数迅速上升。该问题产生的影响不仅反映在外特性上在实际应用中还将导致翼段震 颤，长时间处于两种状态切换将会减少翼段的使用寿命。
[0003]通过调研现有研究成果发现上述问题的解决方法。飞机广泛使用襟翼来提高起降过程 飞机性能，另外两类控制方式，即主动控制和被动控制。两种控制方式的区别是是否从外 界引入能量用以改善边界层内流动情况，近年来随着仿生学兴起，大量技术成果从自然界 中仿生获得仿生前缘凸起结构改善翼型失速过程就是典型的代表。
[0004]前缘双凸起结构具有制造成本低、结构简单的特点，但是在航空、风能利用等领域的 大面积推广使用存在以下几点困难：(1)控制效果有限，前缘双凸起结构属于被动控制； (2)尚无完整理论机理，双凸起结构间距幅值综合考虑对翼面性能影响机理尚未明晰

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种改善双凸起翼段性能的前缘双凸起结构及其流动控制方法，是为了 改善现有前缘双凸起结构对流动进行控制中出现性能降低现象，目的在通过改变两个凸起 间间距实现对性能的提升。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种改善双凸起翼段性能的前缘双凸起结构，所述前缘双凸起布置方式包括基础翼型 和两个前缘凸起，所述两个前缘凸起设置在基础翼型上，所述两个前缘凸起结构相同，每 个所述前缘凸起的前端轮廓线均为正弦型，其周期均为弦长的25％，凸起与基础翼型的 过渡是从翼型最大厚度点开始，保证了整体过渡光滑，所述两个前缘凸起幅值均为弦长 的10％。
[0008]进一步的，所述两个前缘凸起间间距为0、所述两个前缘凸起间间距为1倍波长、所 述两个前缘凸起间间距为2倍波长或所述两个前缘凸起间间距为3倍波长。
[0009]一种前缘双凸起结构的改善双凸起翼段性能的流动控制方法，所述流动控制方法具体 包括以下步骤：
[0010]步骤1：输入各种参数及编辑各种条件；
[0011]步骤2：根据编辑条件进行几何建模，并确定用于计算的翼型模型；
[0012]步骤3：根据步骤2的翼型模型进行网格划分；
[0013]步骤4：根据步骤3的网格划分进行流体基本控制方程计算；
[0014]步骤5：对流体基本控制方程进行湍流模型的选取及修正；
[0015]步骤6：根据步骤4流体基本控制方程进行边界条件选取及离散的数值方法；
[0016]步骤7：根据单凸起改变幅值的影响，确定前缘双凸起布置方式；
[0017]步骤8：根据前缘双凸起布置方式控制工况下随机性的流动，确定附着区和分离区；
[0018]步骤9：验证前缘双凸起布置方式的可行性。
[0019]进一步的，，所述步骤2进行几何建模具体为，应用UG软件对基础翼型轮廓线进行 绘制，翼段弦长为200mm，展向宽度为3.25倍弦长最大厚度为弦长21％位于弦长34％处， 前缘改型凸起采用波长为0.25倍弦长、幅值为0.1倍弦长的正弦型改型改型翼段凸峰截面 采用外扩方式生成，坐标点生成方式由式(1)决定并采用相同方式对翼型轮廓线建模。
[0020][0021]式中，(x
′
i
,y
′
i
)为改型后凸峰截面坐标点，(x
i
,y
i
)为基准翼段截面坐标点，x
m
为翼段 最大厚度点横坐标，A为凸起幅值，其中i＝1，2，
…
，k，下角标i为构成翼面二维轮廓 线的第i个点，下角标m为翼型最大厚度点对应的第m个点；；
[0022]为保证翼型前缘来流以及计算域出口处流动充分发展，在流动方向进行适当延伸，最 终计算域入口距翼型前缘3000mm，出口距翼面尾缘5000mm，展向宽度为650mm。
[0023]进一步的，，所述步骤3具体为，设置70层边界层网格、翼段表面网格首层高度为 0.01mm、增长比率约为1.1以满足计算模型对y
+
值要求；最后各翼型流域网格网格质量 均高于0.6，对网格进行了更新以起到计算更快收敛、优化流场计算结果的目地，主要针 对凸起后部网格进行优化。
[0024]进一步的，，所述步骤4具体为，采用空气作为计算工质，且其入口流动速度为 13.1m/s，此时流动简化为恒温不可压缩运动，它满足流体力学中的控制方程；连续性方 程：
[0025][0026]动量方程：
[0027][0028]式中：u
i
是速度(m/s)，i＝1,2,3；p是压力(Pa)；x
i
是坐标(m)；f
i
是质量力 (N/kg)；t是时间(s)；v是运动粘度(Pa
·
s)；
[0029]目前学者广泛采用雷诺提出的湍流平均运动思想，通过将瞬时值用平均值与脉动值的 和来表示，即：
[0030][0031]其中，D'为脉动值，为平均值，D为瞬时值；
[0032]此时上述两个方程将变为：
[0033]质量守恒：
[0034][0035]动量守恒(雷诺方程)：
[0036][0037]式中：为雷诺应力。
[0038]然而，引入雷诺应力之后，方程数目不够无法进行求解；因此，需要选择合适的湍流 模型方程，将脉动项和时均项联系起来以起到求解方程的目的。
[0039]进一步的，，所述步骤5具体为，涡粘模型假设：
[0040][0041]式中：μ
t
是湍流粘度(Pa
·
s)；k是湍动能(m2/s2)；δ
ij
是克罗内克符号；
[0042]采用考虑转捩的SST k-ω模型，模型方程如公式(8)至(11)所示；
[0043][0044][0045][0046][0047]式中：γ为间歇因子，P
γ1
和E
γ1
为转捩源项，P
γ2
和E
γ2
为层流化源项，Re
θt
为转捩 动量厚度雷诺数，μ
t
为湍流粘度，σ
θt
为扩散系数，P
θt
为源项，Γ
k
为湍动能k的有效扩 散率，Γ
ω
、G
ω
、Y
ω
、D
ω
分别为ω的有效扩散率、生成项、耗散项和交叉扩散项，为 有效间歇因子与SST k-ω模型中原始k方程的生成项之积，为修正的间歇因子在与0.1 和1比较后与原始k方程的耗散项之积。
[0048本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善双凸起翼段性能的前缘双凸起结构，其特征在于，所述前缘双凸起布置方式包括基础翼型和两个前缘凸起，所述两个前缘凸起设置在基础翼型上，所述两个前缘凸起结构相同，每个所述前缘凸起的前端轮廓线均为正弦型，其周期均为弦长的25％，所述两个前缘凸起幅值均为弦长的10％。2.根据权利要求1所述一种改善双凸起翼段性能的前缘双凸起结构，其特征在于，所述两个前缘凸起间间距为0、所述两个前缘凸起间间距为1倍波长、所述两个前缘凸起间间距为2倍波长或所述两个前缘凸起间间距为3倍波长。3.根据权利要求1所述一种前缘双凸起结构的改善双凸起翼段性能的流动控制方法，其特征在于，所述流动控制方法具体包括以下步骤：步骤1：输入各种参数及编辑各种条件；步骤2：根据编辑条件进行几何建模，并确定用于计算的翼型模型；步骤3：根据步骤2的翼型模型进行网格划分；步骤4：根据步骤3的网格划分进行流体基本控制方程计算；步骤5：对流体基本控制方程进行湍流模型的选取及修正；步骤6：根据步骤4流体基本控制方程进行边界条件选取及离散的数值方法；步骤7：根据单凸起改变幅值的影响，确定前缘双凸起布置方式；步骤8：根据前缘双凸起布置方式控制工况下随机性的流动，确定附着区和分离区；步骤9：验证前缘双凸起布置方式的可行性。4.根据步骤3所述改善双凸起翼段性能的流动控制方法，其特征在于，所述步骤2进行几何建模具体为，应用UG软件对基础翼型轮廓线进行绘制，翼段弦长为200mm，展向宽度为3.25倍弦长最大厚度为弦长21％位于弦长34％处，前缘改型凸起采用波长为0.25倍弦长、幅值为0.1倍弦长的正弦型改型改型翼段凸峰截面采用外扩方式生成，坐标点生成方式由式(1)决定并采用相同方式对翼型轮廓线建模。式中，(x
′
i
,y
′
i
)为改型后凸峰截面坐标点，(x
i
,y
i
)为基准翼段截面坐标点，x
m
为翼段最大厚度点横坐标，A为凸起幅值，其中i＝1，2，
…
，k，下角标i为构成翼面二维轮廓线的第i个点，下角标m为翼型最大厚度点对应的第m个点；为保证翼型前缘来流以及计算域出口处流动充分发展，在流动方向进行适当延伸，最终计算域入口距翼型前缘3000mm，出口距翼面尾缘5000mm，展向宽度为650mm。5.根据步骤3所述改善双凸起翼段性能的流动控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为，设置70层边界层网格、翼段表面网格首层高度为0.01mm、增长比率约为1.1以满足计算模型对y
+
值要求；最后各翼型流域网格网格质量均高于0.6，对网格进行了更新以起到计算更快收敛、优化流场计算结果的目地，主要针对凸起后部网格进行优化。6.根据步骤3所述改善双凸起翼段性能的流动控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为，采用空气作为计算工质，且其入口流动速度为13.1m/s，此时流动简化为恒温不可压缩
运动，它满足流体力学中的控制方程；连续性方程：动量方程：式中：u
i
是速度(m/s)，i＝1,2,3；p是压力(Pa)；x
i
是坐标(m)；f
i
是质量力(N/kg)；t是时间(s)；v是运动粘度(Pa
·

【专利技术属性】
技术研发人员：李德友，常洪，王洪杰，左志钢，郭鹏程，刘树红，宫汝志，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：