波状前缘翼动态失速控制数值研究

【摘要】：失速是飞行器在飞行过程中比较常见的现象,危害巨大。而通过动态失速,可以提升翼型在大攻角时的流动特性和气动性能。已有研究表明,波状前缘改进能延缓静态翼的失速,而Gurney扰流板能显著提升静态翼的失速前的升力。而能否通过波状前缘改进、及其与Gurney扰流板的组合对动态失速进行有效控制则是一个全新的课题。本文采用OpenFOAM对前缘波状和前缘光滑的翼型进行数值模拟。通过求解雷诺平均方程,采用k-ωSST湍流模型,揭示了波状前缘改进在动态失速控制中的流动控制机理。探讨了前缘形状参数和运动参数(如拍动频率,拍动幅度、转轴位置等)在波状前缘动态失速控制中的影响。研究了波状前缘与波状尾缘组合以及波状前缘与Geuney扰流板组合的力学性能和流动特征提出更为有效的控制措施。研究表明,在波状前缘深失速的动态失速控制中,由于波状前缘会产生较强的法向涡和较弱的流向涡,复杂涡系的干扰使得其背风区的旋涡强度更强,且更加稳定,其力学性能明显优于光滑前缘翼。增加前缘波幅,可以增加最大升力系数,但是减小最小升力系数,平均升力系数不变;转轴前移或增加拍动幅度,可提高拍动波状前缘翼升力,但是会降低提升率;在轻失速时,波状前缘不利于动态失速控制。前缘波数、波状尾缘以及前缘波长对力学性能几乎没有影响。采用波状前缘与Gurney扰流板组合可以进一步提升波状前缘翼在动态失速中的升力系数,这是因为Gurney扰流板不仅可以增强下翼面正压强,而且显著增强上翼面法向涡和流向涡,复杂的涡系干扰使之更加稳定,从而大幅提高升力。