民用飛機(jī)小翼設(shè)計(jì)中風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果分析

王煥青

摘 要：翼梢小翼可以增大機(jī)翼的有效展弦比，同時(shí)可以削弱飛機(jī)翼尖渦的強(qiáng)度，減小誘導(dǎo)阻力，從而達(dá)到飛機(jī)的減阻增升、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的作用。該文介紹了風(fēng)洞試驗(yàn)在民用飛機(jī)翼梢小翼設(shè)計(jì)中的作用，以及如何根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷翼梢小翼對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)特性的幫助。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī) 翼梢小翼 風(fēng)洞試驗(yàn) 氣動(dòng)特性

中圖分類號(hào)：V211 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（c）-0020-02

自商用飛機(jī)問(wèn)世以來(lái)，各大制造商就在不斷尋找節(jié)省燃油的途徑。更何況在油價(jià)不斷攀升的今天，一架節(jié)能環(huán)保的飛機(jī)無(wú)疑具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。減小飛行阻力是一種有效節(jié)省燃油的手段，而在機(jī)翼外端安裝翼梢小翼則是減阻增升的有效途徑。目前世界上很多機(jī)型（如B737、A320）均裝有不同形狀的翼梢小翼。

當(dāng)然，設(shè)計(jì)出一幅能提升飛機(jī)氣動(dòng)特性的翼梢小翼也不是一件容易的事。除了使用CFD計(jì)算外，能夠模擬真實(shí)飛行條件的風(fēng)洞試驗(yàn)也是一種非常有效的方法，試驗(yàn)結(jié)果可以幫助研發(fā)團(tuán)隊(duì)更直觀的分析翼梢小翼對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)特性的影響。

1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

一般研發(fā)團(tuán)隊(duì)會(huì)根據(jù)CFD的計(jì)算結(jié)果制造幾種不同形狀的翼梢小翼模型，逐一安裝在同一個(gè)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臋C(jī)翼上進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，這樣試驗(yàn)結(jié)果具有可對(duì)比性。圖1為某飛機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)的5個(gè)小翼外形。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法一般有：測(cè)力試驗(yàn)、測(cè)壓試驗(yàn)、油流試驗(yàn)。

2.1 測(cè)力試驗(yàn)

測(cè)力試驗(yàn)是飛機(jī)設(shè)計(jì)中最基本的試驗(yàn)項(xiàng)目。將需要驗(yàn)證的5種小翼模型分別安裝在機(jī)翼上進(jìn)行5組測(cè)力試驗(yàn)。每組試驗(yàn)在不同馬赫數(shù)及不同試驗(yàn)迎角下進(jìn)行并采集氣動(dòng)力數(shù)據(jù)，包括升力、阻力、側(cè)向力、俯仰力矩、偏航力矩、滾轉(zhuǎn)力矩。最后將5組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，選出對(duì)氣動(dòng)特性最好的小翼。圖2為在同一個(gè)試驗(yàn)狀態(tài)下5個(gè)小翼的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，可以看出裝配有2號(hào)小翼時(shí)，全機(jī)升阻比K最大。說(shuō)明2號(hào)小翼增升減阻的效果比其他4個(gè)小翼好。

2.2 測(cè)壓試驗(yàn)

按展向在翼梢小翼模型上選擇若干測(cè)壓剖面，然后在每個(gè)剖面按弦向位置在小翼表面布置測(cè)壓點(diǎn)進(jìn)行測(cè)壓試驗(yàn)，獲取小翼表面的壓力分布，觀察小翼表面的激波位置、氣流分離情況，以此判斷小翼的氣動(dòng)特性。應(yīng)盡量選擇沒(méi)有氣流分離或者分離發(fā)生較晚（比如在大迎角才發(fā)生分離或者小翼弦向位置接近后緣才發(fā)生分離）的小翼。

2.3 油流試驗(yàn)

油流試驗(yàn)用于顯示飛機(jī)表面的流動(dòng)圖譜。它是一種顯示復(fù)雜流動(dòng)中，如分離流動(dòng)和旋渦流動(dòng)的非常簡(jiǎn)便、有效的手段。通過(guò)對(duì)表面油流譜的分析可以了解氣流在表面發(fā)生分離的位置、分離方式和特點(diǎn)、旋渦的形成等。

在油流試驗(yàn)時(shí)，將帶有細(xì)微示蹤例子的油劑薄薄地涂在小翼表面上，在不同馬赫數(shù)、不同迎角狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)。每次試驗(yàn)結(jié)束后，立即觀察油劑在小翼表面的形態(tài)并拍下照片保存，然后重新涂油再進(jìn)行下一次試驗(yàn)。對(duì)于一個(gè)氣動(dòng)特性良好的小翼，油流結(jié)果顯示的表面流場(chǎng)應(yīng)比較理想，沒(méi)有明顯的氣流分離現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)洞試驗(yàn)可以幫助研發(fā)人員驗(yàn)證翼梢小翼CFD計(jì)算的結(jié)果。對(duì)不同的試驗(yàn)方式，有不同的分析方法：（1）測(cè)力試驗(yàn)：通過(guò)對(duì)比分析最大升阻比。升阻比越大，減阻增升效果越好；（2）測(cè)壓試驗(yàn)：壓力分布形態(tài)正常的小翼氣動(dòng)特性越好。就算小翼表面發(fā)生分離，也應(yīng)選擇分離較晚的小翼；（3）油流試驗(yàn)：觀察小翼表面的流場(chǎng)分布，選擇未發(fā)生氣流分離或者分離程度較輕的小翼。最后，應(yīng)將幾個(gè)試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合起來(lái)分析，選擇綜合性能最好的翼梢小翼。

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