栅格翼气动特性数值模拟研究.docx

栅格翼气动特性数值模拟研究 王青 张银摘 要： 对于为达到各种目的而研制的现代飞行器来说，经常要满足多种多样复杂的要求，有时甚至是自相矛盾的要求，传统平板翼已越来越不能满足设计要求，因而必须研究和使用新的升力面，栅格翼作为一种创新型的升力面就是其中的一种。本文选取了三种不同结构型式的栅格翼进行了数值模拟，对不同型式的栅格翼流动机理及气动特性进行了研究。关键词： 飞行器；栅格翼；气动特性；数值模拟引言：栅格翼作为飞行器的升力面或控制面，可提高其升力特性，并且增加其稳定性和可控性，同时保证其在各飞行阶段具有足够的强度、刚度。因而得以在导弹、火箭、卫星上成功应用。栅格舵面取代传统的空气动力控制舵面，可以减轻舵翼结构质量、减少大攻角机动飞行时气流分离、减小舵面铰链力矩，从而使舵机功率降低、增大气动升力和控制力矩、提高低速飞行时的稳定性和高速飞行时的机动性。栅格翼因为其结构形状和小弦长，可以紧贴弹体折叠，这样导弹结构更加紧凑，易于存储和运输。研究内容：研究了三种不同结构型式的栅格翼，分别为1）、矩形蜂窝式，2）、矩形框架式，3）、斜置蜂窝式。对其流场及气动特性进行了数值模拟研究。三种型式的栅格翼尺寸均为60mm135mm30mm（宽展长弦长），栅格翼内部栅格厚度为0.8mm。如图 1所示为三种不同型式栅格翼外形示意图：网格采用结构网格，网格量400万。图2为不同结构型式栅格翼在Ma=3.0时的流场速度云图，从图中可以看出，由前缘激波均在相邻栅格上相交反射，在栅格翼内部形成复杂的激波/激波相交干扰以及激波/边界层干扰；随着流动继续向下流发展，反射激波与栅格翼后缘拖出的剪切层相互干扰、反射，形成马赫盘结构。图3为不同型式栅格翼气动特性变化曲线。三种栅格翼的轴向力随攻角变化较小，说明此时攻角对轴向力的影响较弱，波阻对轴向力的影响占据主导地位。矩形蜂窝式的轴向力系数最大，斜置蜂窝式次之，矩形框架式最小，不同栅格型式对轴向力系数的影响较为显著。矩形蜂窝式栅格内栅格数量较多，每一片格栅均会形成激波，产生波阻，同时由于横向栅格的存在，使得激波相互之间干扰更加严重，造成气流阻滞，增大阻力。而斜置蜂窝式的格栅间距较大，栅格之间的气流干扰较弱。矩形框架式的轴向力系数最小是由于栅格内结构简单，栅格内翼的数量少，形成波阻的结构较少，同时没有横向栅格的存在，气流的壅塞现象也有明显的缓解。法向力系数由大到小依次为矩形框架式、矩形蜂窝式、斜置蜂窝式。结论：1）赫数和栅格间距共同影响着相邻栅格之间激波干扰的位置，马赫数越大、栅格间距越大，激波/激波干扰、激波/边界层干扰位置越靠后；2）对于相同计算状态下的轴向力系数来说，矩形蜂窝式栅格翼最大，矩形框架式栅格翼最小，斜置蜂窩式居于两者之间；3）法向力系数由大到小依次为矩形框架式、矩形蜂窝式、斜置蜂窝式。 -全文完-