跨声速自然层流短舱气动设计和风洞试验研究

发布时间：2021-04-07 10:38

　　层流控制技术是一个降低摩擦阻力的有效手段,为了设计出更经济、更环保的民用客机,需要开展层流技术的应用探索。随着飞机发动机技术的不断进步,涡扇发动机涵道比在不断增大,因此,短舱尺寸也在跟着加大,如果短舱上能够实现大面积的层流,就可以为全机带来较明显的经济性收益。本文总结了针对宽体客机开展的自然层流（NLF）短舱气动设计、数值计算和风洞试验验证工作。首先针对层流短舱外形进行气动设计,保证巡航点有一定的顺压梯度,随后采用带有γ-Reθ转捩模型的计算流体力学（CFD）工具对设计方案层流区域进行评估,最后开展风洞试验对设计方案和转捩预测工具进行校核验证。该试验在德国ETW跨声速风洞进行,对层流短舱高速气动性能进行校核,采用TSP进行转捩位置测量,结果表明层流区域长度占短舱外表面弦长的30%～55%。 

【文章来源】：航空科学技术. 2019,30(09)

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

NLF，LFC和HLFC概念示意图

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象是外型面和内型面，外型面包括进气道外罩、风扇罩和反推外罩，内型面包括进气道、风扇和核心涵道，有时还包括通风涵道。短舱的气动设计需要来自飞机和发动机两方面的输入。飞机给出的设计工况，主要包括巡航、阻力发散、起飞、着陆和侧风等工况，针对这些工况可以确定来流的马赫数、雷诺数和迎角。同时，需要发动机提供相应界面的边界条件，由于发动机内部流动较复杂，通常仅模拟发动机风扇入口前，以及风扇涵道和核心涵道的流动，因此需要发动机提供风扇入口、风扇定子出口、核心机低压涡轮定子出口处的边界条件（见图3）。在本研究中，设计关注点主要集中在层流短舱外型面，因此对上述短舱几何做了进一步简化，将两个涵道合成一个涵道，简化短舱如图4所示。1.2外形参数化本研究中，短舱外形采用面对称形状，周向使用三个控制剖面（见图5）：从顶部开始沿顺时针方向依次为0°（上）、90°（侧）和180°（下）剖面，每个控制剖面是一个类似翼型的形图1NLF，LFC和HLFC概念示意图［1］Fig.1TheconceptofNLF,LFC&HLFC图2层流控制技术的雷诺数-前缘后掠角组合应用范围［2］Fig.2TheRe-Angleofattackrangefortheapplicationoflaminarflowtechnology[2]图3短舱CFD计算边界条件Fig.3BoundaryconditionsfornacelleCFDcomputation64


本文编号：3123340