薄翼理论详解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 厚翼处理 ：面涡法(自学) 薄翼理论，涡布置在中弧线上。 厚翼理论，涡直接布置在翼型表面上。 * 厚翼处理 ：面涡法(自学) 涡直接布置在翼型表面上。一般采用数值方法，将翼型表面等分成n个线段即单元，在单元j（j=1,2,…,n）的中点上布置一个强度为 的点涡。单元j的中点坐标为 ，该点至任一点P的距离记为 ，P与单元j某点(x,y)构成的角度为 。 * 面涡诱导得速度 j在P点诱导的速度势为 所有单元在P点诱导的速度 如果P点正好是第i个单元中点，那么 * 单元l的边界条件 无穷远速度的法向分量为 势函数 对应的速度在壁面的法向分量 边界条件：无穿透 * 基本方程与求解 基本方程 库塔条件：在尾缘处速度为0，反映速度差的 也为0。数值上可以令 因此，有(n+1)个方程，但未知数只有n个。为了解决超定问题困难，一般随便去掉一个除库塔条件以外的方程。 * 气动力参数 环量 为单元j的长度 升力 力矩 * 基本思想: 几何分解 * 基本思想: 速度分解 速度等于来流速度和扰动速度的叠加 * 势函数：总势函数与小扰动势函数 * 薄翼假设 薄翼假设：厚度、弯度与攻角均较小，使得扰动速度满足 并且 在薄翼理论假设下，有 * 边界条件 回忆：流线方程 物理：物面是条流线，即 由此得物面边界条件: * 薄翼问题的分解 原问题： 问题分解:厚度影响+弯度与攻角影响 * 厚度问题 厚度问题 厚度问题上下对称，故不产生升力，因此在薄翼理论中不考虑 * 弯度问题 弯度问题 包含了弯度和攻角影响 边界条件定义在弯度线上 * 如何模拟弯度和攻角的影响? 空气动力学的主要目的是考虑力的作用。 攻角和弯度导致环量，环量导致升力。 涡是集中环量的一种表现形式。 在中弧线上布置一系列的点涡, 就可以模拟环量的作用。 流场就是点涡群在均匀流中诱导的流场。 * 升力系数与阻力系数的量级 力的大小以牛顿（单位展长）表示。 升力系数和阻力系数都是无量纲量。 升力系数是1的量级。 阻力系数是0.01的量级。 * 升力线斜率量级概念 * * * * * * * * * * * * * * * * 焦点位置的确定 焦点位置的存在与确定 因此，如果前缘力矩比例于攻角，那么焦点一定存在。 * 实际翼型的焦点 低速翼型：一般在cA/4附近。 薄翼： 正好在1/4弦长处。 因流动存在粘性或其它作用，焦点位置会有些出入，而且相对于焦点的力矩随攻角有微小变化。 大多数翼型的焦点都在0.23至0.24弦长处，为了克服湍流所设计的层流翼型的焦点可能在0.26-0.27处。 * 零升力矩 由于相对于焦点的力矩与攻角无关，因此升力为0时（对应的），力矩也是这么大，故相对于焦点的力矩就是零升力矩。 儒可夫斯基翼型的零升力矩系数： 弯度一般是1%的量级，因此，零升力矩系数是 -0.05的量级。 * 实际翼型的零升力矩 对于一般翼型，零升力矩一般为负（低头力矩）。 在一定范围内，该力矩近似为常数，约为-0.035。 对于飞翼，零升力矩可能为正。 * 零升力矩意义：常规翼型 * 零升力矩意义：飞翼S弯翼型（补充内容） * 补遗：S弯翼型的零升力矩 零升力矩 对于S弯翼型 故 * 飞翼空气动力学特征 用于高空无人机 用于大型运输 B-2 X-47B * 飞翼的主要气动特点 优点： 高升阻比，与常规气动布局飞机相比，飞翼的升阻比大约提高20％。 高重量效率，低燃料消耗 高空间利用率 加工制造相对简单，成本降低 对于战斗机可有效地提高隐身性 缺点: 气动稳定性始终是飞翼发展的关键问题。没有平尾，要求机翼自身稳定，需要选择合适的翼型或者机翼扭转、机翼后掠等方式实现稳定。 机翼厚度增加导致阻力增大。由于乘客、货舱和系统设备必须置于机翼内，导致最大厚弦比为17％，比一般的跨音速翼型要厚很多。机翼厚度增大会导致阻力增加，特别是波阻的增加。 燃料 节省27％ 起飞重量 降低15％ 空重 降低12％ 总推力 降低27％ 升阻比 增加20％ Boeing公司设计飞翼与传统飞翼比较 * 飞翼气动设计要求 选择适当的机翼后掠和机翼扭转。 因没有平尾，这要求机翼自身是稳定的，需要选择其它方式实现自稳定。 飞翼机身长度较小，使用平尾 不足以提供俯