相对速度对机翼升阻力的影响摸索及对“音障”的理解
发布时间：2021-03-08 01:58
针对常用的NACA23012翼型,运用专业的流体力学仿真软件,在其他环境因素相同的条件下,选择100m/s～500m/s的相对速度范围设置速度梯度,进行二维流场数值模拟仿真计算。结果发现,当相对速度低于音速时,机翼上下表面的压力分布过渡均匀;当速度高于音速时,在压力、速度和温度云图上发现有几道倾斜的激波线;当跨越激波线时,压力骤降,温度骤升,这导致机翼的压差阻力骤然上升,飞机需要更大的推动力去克服。另外,在超音速状态下,当相对速度继续增大时,激波的夹角会减小。
【文章来源】：中国高新科技. 2019,(05)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
机翼附近气流域的网格图
流较稳定，机翼上下部压力差较大，气流的速度相差较大。当飞机以跨音速飞行时（如300m/s，400m/s），机翼附近的气流变得紊乱，机翼的上下部开始出现斜激波。当飞机以超音速飞行时（如500m/s），机翼上下部形成锥形激波，空气压力沿激波前锋急剧升高激波前锋之后的压力急剧下降，到机翼后端压力达到负压，在机翼后压力急剧恢复到常压，随速度增加，激波呈越来越尖锐的锥形，速度增加，锥形的“后掠角”也增加，激波的影响范围变大。为更直观地看出阻力和升力随着入口边界速度的变化情况，整理计算并绘制如图3所示的折线图。从图3中可以看出，此机翼在相对速度越大时，所受阻力越大，在跨音速与超音速时，阻力剧增。在图3不同入口边界速度条件下机翼所受阻力与升力
研究前沿Researchfrontiers中国高新科技2019年第41期·29·图2不同速度入口边界条件下的压力、速度云图件，其良好的网格划分能力可以满足结构后续强大的计算要求。整个计算域采用C型网格，并对机翼表面的部位进行局部的网络加密。为了接下来的模拟仿真计算，可以删除计算域中固体域部分的网格，仅对流体域进行分析与探究，如图1所示。1.2模拟仿真计算本文选择使用AnsysFluent软件对上述机翼附近的计算域进行模拟仿真计算分析，其不仅拥有模拟流动、湍流、反应和热传递等广泛物理现象的能力，而且在处理具有复杂外形的流体流动以及热传导上具有很强的灵活性和准确性。流体域在数值计算时依循的控制方程如式（1）~（3）所示。（1）质量守恒方程：（1）（2）动量守恒方程：（2）（3）能量守恒方程：（3）式中，ρ为气体的密度、u为气体的速度矢量、p为气体压强、μ为气体动力粘度、E为气体的内能、k为有效传热系数、T为温度。鉴于以上控制方程，在Fluent求解中，气体采用理想状态设置，实验方法使用控制变量法，将结构性网格图导入Fluent软件后，按照一定梯度的入口边界速度条件，探究压力、风速等对机翼的影响，本文根据机翼设定了入口边界速度为100m/s、200m/s、300m/s、400m/s、500m/s的5种情况，分别对这5种情况进行Fluent数值模拟仿真分析，得到了5组压力、速度、速度矢量图，如图2所示。比较两列图可以知道，当飞机的相对速度较小（如100m/s，200m/s），即以亚音速飞行时，机翼附近的气流较稳定，机翼上下部压力差较大，气流的速度相差较大。当飞机以跨音速飞行时（如300m/s，400m/s），机翼附近的气流变得紊乱，机翼的上下部开始出现斜激波。当飞机以超音速飞行时（如500m/s）
【参考文献】：
期刊论文
[1]突破音障前的洗礼[J]. 陈泽熹. 模型世界. 2015(02)
[2]音障和热障[J]. 马中伟. 中学生数理化(高二版). 2007(05)
[3]同声音赛跑的勇士——人类跨越音障的故事[J]. 张晋民. 航空知识. 2002(07)
[4]飞机抖振问题研究进展[J]. 牟让科,杨永年. 应用力学学报. 2001(S1)
本文编号：3070210
【文章来源】：中国高新科技. 2019,(05)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
机翼附近气流域的网格图
流较稳定，机翼上下部压力差较大，气流的速度相差较大。当飞机以跨音速飞行时（如300m/s，400m/s），机翼附近的气流变得紊乱，机翼的上下部开始出现斜激波。当飞机以超音速飞行时（如500m/s），机翼上下部形成锥形激波，空气压力沿激波前锋急剧升高激波前锋之后的压力急剧下降，到机翼后端压力达到负压，在机翼后压力急剧恢复到常压，随速度增加，激波呈越来越尖锐的锥形，速度增加，锥形的“后掠角”也增加，激波的影响范围变大。为更直观地看出阻力和升力随着入口边界速度的变化情况，整理计算并绘制如图3所示的折线图。从图3中可以看出，此机翼在相对速度越大时，所受阻力越大，在跨音速与超音速时，阻力剧增。在图3不同入口边界速度条件下机翼所受阻力与升力
研究前沿Researchfrontiers中国高新科技2019年第41期·29·图2不同速度入口边界条件下的压力、速度云图件，其良好的网格划分能力可以满足结构后续强大的计算要求。整个计算域采用C型网格，并对机翼表面的部位进行局部的网络加密。为了接下来的模拟仿真计算，可以删除计算域中固体域部分的网格，仅对流体域进行分析与探究，如图1所示。1.2模拟仿真计算本文选择使用AnsysFluent软件对上述机翼附近的计算域进行模拟仿真计算分析，其不仅拥有模拟流动、湍流、反应和热传递等广泛物理现象的能力，而且在处理具有复杂外形的流体流动以及热传导上具有很强的灵活性和准确性。流体域在数值计算时依循的控制方程如式（1）~（3）所示。（1）质量守恒方程：（1）（2）动量守恒方程：（2）（3）能量守恒方程：（3）式中，ρ为气体的密度、u为气体的速度矢量、p为气体压强、μ为气体动力粘度、E为气体的内能、k为有效传热系数、T为温度。鉴于以上控制方程，在Fluent求解中，气体采用理想状态设置，实验方法使用控制变量法，将结构性网格图导入Fluent软件后，按照一定梯度的入口边界速度条件，探究压力、风速等对机翼的影响，本文根据机翼设定了入口边界速度为100m/s、200m/s、300m/s、400m/s、500m/s的5种情况，分别对这5种情况进行Fluent数值模拟仿真分析，得到了5组压力、速度、速度矢量图，如图2所示。比较两列图可以知道，当飞机的相对速度较小（如100m/s，200m/s），即以亚音速飞行时，机翼附近的气流较稳定，机翼上下部压力差较大，气流的速度相差较大。当飞机以跨音速飞行时（如300m/s，400m/s），机翼附近的气流变得紊乱，机翼的上下部开始出现斜激波。当飞机以超音速飞行时（如500m/s）
【参考文献】：
期刊论文
[1]突破音障前的洗礼[J]. 陈泽熹. 模型世界. 2015(02)
[2]音障和热障[J]. 马中伟. 中学生数理化(高二版). 2007(05)
[3]同声音赛跑的勇士——人类跨越音障的故事[J]. 张晋民. 航空知识. 2002(07)
[4]飞机抖振问题研究进展[J]. 牟让科,杨永年. 应用力学学报. 2001(S1)
本文编号：3070210
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3070210.html
