前缘凹凸三维平板舵水动力性能研究.docVIP

 前缘凹凸三维平板舵水动力性能研究# 程相茹，胡健，常欣，王超** （哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨 150001） 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：该文基于 RANS 方法研究了三维机翼前缘凹凸结节对机翼水动力性能的影响。首先 对剖面形状为 NACA0020 的三维平板舵进行数值模拟，在某一雷诺数下，分析了三维平板 舵在不同攻角下的水动力性能，得出了三维平板舵的失速角。在此基础上改变其前缘形状， 布置凹凸结节，计算其水动力性能，在相同雷诺数和攻角下与无结节平板舵的水动力性能进 行比较，分析了凹凸结节对三维平板舵的水动力性能的影响，并得出了在同一雷诺数下，凹 凸流线舵的失速角后移了 3°，最大升力系数提高了 11.92%这一有利结论，为前缘凹凸结节 机翼的优化设计奠定了基础。 关键词：前缘凹凸；三维机翼；水动力性能；失速角 中图分类号：U661.331 Hydrodynamic performance of leading-edge tubercle three-dimensional airfoil CHENG Xiangru, HU Jian, CHANG Xin, WANG Chao (Harbin Engineering University,College of Shipbuilding Engineering,Harbin 150001) Abstract: Based on RANS method, this paper studies leading-edge tubercle three-dimensional airfoil, which has effect on hydrodynamic performance of three-dimensional airfoil. Numerical simulation is used to carry out on sectional configuration of NACA0020. Hydrodynamic performance of NACA0020 airfoil is analyzed under different angle of attacks at a Reynolds number. The shape of leading-edge is changed. Tubercle is laid out. Hydrodynamic performance of leading-edge tubercle three-dimensional airfoil is calculated, which is compared with the hydrodynamic performance of NACA0020 airfoil .The tubercles is analyzed. The angle of stall of leading-edge tubercle three-dimensional airfoil is delayed 3°than NACA0020,and the lift coefficient is increased 11.92%. The results had laid the foundation for optimization design of leading-edge tubercle three-dimensional airfoil. Key words: leading-edge tubercle; three-dimensional airfoil; hydrodynamic performance;angle of stall 0 引言 在海洋世界中，水生动物的转弯性能受到身体的机动性和灵活性的限制。须鲸类是最大 的海洋生物之一。由于专门的进食系统，它们的身体比较不灵活，这也限制了须鲸类在海洋 中的操纵性。然而，座头鲸与其它的须鲸类动物相比，它们在捕食时有良好的灵活性。经过 研究观察，发现是由于座头鲸的前缘有大的凸起，已经假设由于前缘凹凸可以改善水动力性 能，从而提高座头鲸的灵活性。这一结果给我们很大启发，可以应用仿生学原理，将普通三 维平板舵的前缘也加上一定形状的凹凸，这样就可以提升其水动力性能。只通过改变舵的外 形而不需要额外的设备就可以提高水动力性能，即容易实现也节约能源，是一种很有前景的 研究方向[1]。 本文首先对剖面形状为 NACA0020 的三维平板舵进行数值模拟，分析了三维平板舵在不 同攻角下的水动力性能，改变其前缘形状，布置凹凸结节，使用同样方法计算其水动力性能 影响。绘制两舵随攻角变化的升力系数、阻力系数曲线，分析相关云图得出所要结论