民用飞机翼尖设计研究

利用机翼翼尖装置减少机翼诱导阻力是飞机减阻研究的重要组成部分。综合介绍了机翼翼尖装置的减阻技术研究的新发展,着重讨论了几种典型的翼尖装置减阻原理、特性以及应用情况。研究结果表明,使用翼尖装置在减少诱导阻力方面会起到很大的作用。最后,基于翼尖装置的研究和发展现状,对其发展前景进行了评述和展望。     

大型客机先进翼尖装置综合特性研究

 翼尖装置由于其良好的气动特性在航空界得到了广泛应用,然而它也使飞机的颤振及结构重量特性发生了变化。为了探求翼尖装置的综合特性,利用数值模拟方法对大型客机上最先进的3种翼尖装置(融合式、鲨鱼鳍式和阶梯式)进行了气动、颤振及重量3个方面的综合研究。3种翼尖装置减阻效果明显,但同时结构重量亦增加。翼尖装置均降低了机翼颤振速度。研究结果表明:加装翼尖装置后机翼颤振形态取决于翼尖装置的形式。相对于机翼颤振速度,翼尖装置形式对机翼颤振速度的影响是小量(1%~7%),且翼尖装置减阻和机翼压心外移的综合重量增益,为机翼结构设计提供了一定的设计空间。     

A Comprehensive Study on Wiugtip Devices in Large Civil Aircraft

翼尖装置由于其良好的气动特性在航空界得到了广泛应用,然而它也使飞机的颤振及结构重量特性发生了变化.为了探求翼尖装置的综合特性,利用数值模拟方法对大型客机上最先进的3种翼尖装置(融合式、鲨鱼鳍式和阶梯式)进行了气动,颤振及重量3个方面的综合研究.3种翼尖装置减阻效果明显,但同时结构重量亦增加.翼尖装置均降低了机翼颤振速度.研究结果表明:加装翼尖装置后机翼颤振形态取决于翼尖装置的形式.相对于机翼颤振速度,翼尖装置形式对机翼颤振速度的影响是小量(1％～7％),且翼尖装置减阻和机翼压心外移的综合重量增益,为机翼结构设计提供了一定的设计空间.     

翼梢小翼,您注意到了吗?

<正>搭乘飞机的时候大家会注意到很多飞机在位于飞机机翼的翼梢,会有上翘的小翼或者是由上翼下小翼组成的装置,这便是飞机的翼梢小翼。尖小翼(winglet或wingtip),又称作翼梢小翼、翼尖帆或翼端帆。翼尖小翼可有效地改善飞机燃油效率和增加巡航航程。上世纪70年代美国国家航空航天局的空气动力学家R·T·惠特科姆从鸟翅膀尖部的小翅得到启发,提出了翼尖小翼的概念。在小展弦比机翼的翼梢处装一个小翼片,从而既提高了展弦比,又不会使结构质量和摩擦阻力增加很多。     

基于复合材料机翼刚度的铺层自由尺寸优化分析

复合材料层合板的优化设计对于提高飞机结构承载能力具有巨大的潜在意义,自由单元尺寸优化技术是对复杂的复合材料结构进行优化的有效方法。本文从复合材料机翼翼盒的翼尖刚度控制出发,对机翼壁板铺层进行了自由尺寸优化设计分析。研究表明：在给定的机翼翼尖变形约束下,自由单元尺寸优化方法能够快速准确地设计机翼翼盒的复合材料铺层比例和厚度,寻找到最优的主传力路径布置,以及获得最小重量目标。     

新概念机翼尾流特性实验

大型飞机常采用开启襟翼以增大机翼升力系数,实现较大迎角的起飞和降落,而机翼在大迎角状态下,翼尖会产生能量集中且自由消散时间长的飞机尾涡,严重影响后续起降飞机的安全。基于Rayleigh-Ludwieg不稳定性,提出一种新概念飞机襟翼布局,通过水槽实验发现:新概念布局的襟翼对翼尖涡的消散具有明显的促进作用,不同参数组合下襟翼涡对翼尖涡的运动特性和能量变化的影响均有不同。实验结果也为飞机尾流控制的研究提供了参考,在满足飞行力学设计的基础上,合理运用增升装置构建四涡系统可以有效促进飞机尾流的消散,提高机场飞机起降效率。     

CJ828大型客机“鲨鱼鳍”式翼梢小翼的气动设计

诱导阻力是飞机阻力的重要组成部分,在机翼翼尖加装翼梢小翼是减小飞机诱导阻力的一种重要手段.针对CJ828干线客机机翼进行翼梢小翼的气动设计及研究,确定翼梢小翼的六个主要参数:展长、后掠角、尖削比、倾斜角、安装角和翼型;综合blended winglet与raked tip形式的小翼特点,从raked tip衍生出一种bladedwingtip式翼梢小翼.通过CFD技术,对设计的小翼进行气动性能计算,计算结果表明,该翼梢小翼能够有效提高CJ828机翼巡航时气动性能,减小巡航飞行时阻力,在巡航状态下升力系数提高1.50％,阻力系数降低6.80％,升阻比提高8.92％.并且,添加小翼可以延长机翼上表面的等压线长度,耗散机翼翼梢涡,降低尾涡强度,减小飞机翼尖效应的影响区域.     

大展弦比机翼翼梢装置性能特性研究

针对大展弦比机翼的四发涡桨飞机巡航速度较低、巡航升力系数较大的缺点,通过加装不同的翼梢装置改善翼尖流场特性,从而提高升阻比,提升飞机起飞性能、爬升性能和续航性能。计算结果表明,翼梢装置可有效提高大展弦比机翼飞机的飞行性能,为进一步优化翼梢装置提供了技术基础。     

翼尖涡流场特性及其控制

大型运输飞机的尾涡系是诱发后继小型飞机空难的重要原因,需要有效的涡控制装置来削弱其强度.通过风洞实验,研究了翼型为NACA23016的矩形半机翼模型翼尖尾涡流动结构和控制方法.应用七孔探针空间流场定量测试技术研究了翼尖涡的流动结构,给出了翼尖尾涡在下游两倍弦长距离内的速度和压力场分布随迎角变化的规律.在机翼翼梢布置不同组合方式的翼梢涡扩散器,来控制翼尖涡.研究结果表明,正负90°和60°安装角的双翼梢涡扩散器可将翼尖涡涡核的静压增加60%以上.其旋涡强度削弱机理为:翼梢涡扩散器将集中的翼尖涡破碎分成两个或多个强度更弱的旋涡.在流体粘性的作用下,旋涡能量耗散更快,可有效地削弱翼尖尾涡的强度.     

无尾飞机翼尖失速问题研究

首先分析了无尾飞机翼尖失速的特点，包括与其他布局形式共有的和自身特有的特点，重点是翼尖失速对无尾飞机飞行品质的影响。讨论了后掠角和尖削比这两个机翼外形参数对翼尖失速特性的影响。从空气动力学角度出发，根据2种不同的思路，综述了5种解决翼尖失速的方法，分析它们各自的作用原理。最后提出改善无尾飞机翼尖失速特性的若干建议。     

前/后掠机翼气动特性对比分析

基于NACA0012对称翼型设计了前掠机翼、后掠机翼和平直机翼,采用CFD方法计算了3种机翼的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数,通过压力云图和流线图分析了3种机翼的气动特性及流动机理。研究结果表明:前掠机翼上表面的流动是由翼尖流向翼根,翼根首先出现分离,而后掠机翼上表面的流动是由翼根流向翼尖,翼尖首先出现分离,平直机翼由于受翼尖涡的下洗影响,翼根首先出现分离;在30°斜掠角下,前掠机翼形成了机翼前缘涡,表现出旋涡流态气动特性。研究结果揭示了不同机翼之间的流动差异,有助于在飞行器设计过程中选择合适的气动布局。     

波音和克希德.马丁再次修改各自的JSF设计

波音公司在１９９９年年初曾对参加竞争的ＪＳＦ设计布局进行了较大幅度的修改，将原设计的三角机翼改为梯形机翼，主要为了减轻飞机的重量，最近宣布将再次对该机的设计进行部分修改。第一项是修改机翼后缘。修改前的机翼后缘从翼根到机翼折翼处为后掠的，然后到翼尖处又变为前掠；新机翼后缘则改为从翼根到翼尖均为后掠。据称，这种修改不仅能够改进该机的机动性能，还能改进其隐身性能。由于采用了非折线形机翼后缘，机翼翼尖被向外外延，增加了总的机翼表面积，它所带来的直接效益是降低了ＪＳＦ海军舰载型的着舰速度。但是，上述的修改…     

基于CFD／CSD的大展弦比机翼气动弹性分析

大展弦比飞机在飞行过程中受气动载荷影响,其大展弦比机翼产生弯曲和扭转变形,这种弹性变形严重影响飞机的飞行性能和飞行安全,不能将此种飞机机翼当作传统的刚性机翼进行气动分析。针对一大展弦比机翼,采用气动／结构耦合分析方法,利用计算流体动力学（CFD）软件CFX和计算结构动力学（CSD）软件ANSYS联合求解,研究了在不同载荷情况下大展弦比机翼静气动弹性变形对机翼气动特性的影响。结果表明,大展弦比无人机机翼受载变形后升阻比降低,升力下降明显,阻力略有上升,机翼翼尖容易失速。     

剪切翼尖对机翼气动效能影响研究

尖切翼尖作为一种重要的翼尖装置,由于实现简单,能有效得减小机翼得诱导阻力且对飞机的其它性能影响小,而受到广泛的应用.基于数值模拟结果对尖切翼尖的前缘后掠角及根梢比对机翼气动性能的影响进行了对比研究.给出了前缘后掠角和根梢比对气动性能的影响规律,并通过分析涡位置和强度的变化,得出涡位置及强度和气动性能的关系.     

三维多段机翼地面效应数值模拟

 通过数值模拟方法研究多段机翼的地面效应,采用有限体积法求解质量加权平均Navier-Stokes方程,湍流模型选用Spalart-Allmaras模型,利用运动壁面边界模拟地面的相对运动。计算结果分析表明:随着飞行高度的降低,多段机翼的升力、阻力和低头力矩均减小;迎角、展弦比越大,地面效应越明显,升力损失越大;升力的减小主要是由于地面效应导致机翼下方静压增大的气流通过缝隙进入机翼上表面流场,使得机翼下翼面压力的增加量小于上翼面吸力的减小量;地面效应使机翼上翼面翼尖容易发生分离;翼尖涡沿着展向方向向外移动,机翼诱导阻力减小。该文研究结果可以为大型飞机的增升装置地面效应设计提供参考依据。     

运输类飞机翼尖装置综述

长期以来,人们一直力图通过改变机翼翼尖处的几何形状,研究减小诱导阻力的有效方法.展向延伸机翼翼尖是其方法之一,其他措施还有修改翼尖形状和改变其位置等.研究发现用非平面的翼梢升力系统比简单的翼尖延伸设计能达到更好的减小诱导阻力的效果,如"翼尖端板"、"翼尖帆片"、翼梢小翼等.     

飞机滑跑响应研究

飞机机翼挂装翼尖导弹对机翼结构设计和结构分析提出了诸多全新课题, 如结构的振动响应和气动弹性动响应。本文就某型飞机滑跑的结构振动响应做了初步分析。     

后退式微型后缘装置对机翼增升和流动特性影响的实验研究

实验测量了加装"后退式微型后缘装置"的NACA23012机翼在低雷诺数下的升/阻力、力矩和翼尖涡速度分布,并根据实验测量结果研究了该装置对机翼气动特性和翼尖涡结构的影响。实验升/阻力由六分量风洞天平测量,翼尖涡速度分布用七孔探针扫描获得,自由来流速度为15m/s,以弦长为特征长度的雷诺数为1×105。结果表明:与NACA23012原型相比,加装"后退式Mini-TED"后机翼升力显著增加,失速攻角减小;而使机翼阻力比原型翼在小攻角时略有增加,但在大攻角时有更明显的增长;在中高升力系数的情况下,机翼升阻比明显大于原型机翼;Mini-TED使得气动中心后移,相比于原型翼,机翼低头力矩以较为平稳的趋势增加,使机翼在中等攻角和大攻角情况下的俯仰稳定性得到提高;翼尖涡测量结果显示,后退式Mini-TED机翼在相同的正攻角下具有更大的上下翼面压力差,诱导出更强的翼尖涡和下洗运动,从而使得诱导阻力增加,总阻力也随之增加。     

某飞机部件高速风洞测力天平研制

为满足某飞机部件高速测力试验的需要,研制6台部件测力天平来测量飞机不同部件（机翼、平尾、垂尾、短舱、短舱＋挂架、翼尖小翼）所受的气动载荷,天平设计载荷极不匹配,且模型空间有严格的限制。设计时,主机测力天平采用后腹支撑,安装在机身构造线的下方,为部件天平的安装提供了可能,同时针对不同的天平采用了不同的结构形式：机翼天平采用正八边形结构,垂尾天平采用三片梁结构,平尾天平、短舱、短舱＋挂架采用矩形梁结构,翼尖小翼天平采用“z”字形结构,既满足了天平的测量需要,又确保了天平在模型中的安装位置和试验的足够间隙。部件天平的成功研制,及时为型号研制提供了可靠的试验数据。     

贝尔公司试验联合重型运输计划用的倾转旋翼机

贝尔直升机公司在NASA兰利研究中心的跨音速动力学风洞中完成了贝尔/波音公司倾转旋翼飞机1/5缩比模型的风洞试验。该四倾转旋翼飞机是一个四引擎、与C-130大小差不多的飞机,可像直升机一样起飞、悬停和着陆,并拥有固定翼涡轮螺旋桨飞机的飞行速度和航程。该试验模型采用前置动力和后向旋翼、悬臂、短舱以及动态调节机翼,代表了飞行验证机的构型。这个“半翼展”模型的机身长5·14m,旋翼长2·31m。该模型设计用于重现全尺寸飞机的空气动力学和结构响应。贝尔公司、NASA与美国陆军研究实验室联合进行的这些试验,目的是研究前机翼与旋翼对…