[發明專利]一種可改善大攻角分離特性的翼型構型

在審

• 申請號: 202110309948.5
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112874756A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 米百剛;詹浩;白璇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64C3/14
• 分類號: B64C3/14;B64C3/28;B64F5/00;G06F30/15;G06F30/28
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 陳明星

本發明公開了一種可改善大攻角分離特性的翼型構型及其設計方法，所述翼型構型包括主翼、橢圓翼，所述橢圓翼通過管弦結構設置在主翼的前緣點吸力面上，在來流的作用下，橢圓翼兩側產生交替的下瀉渦；所述管弦結構包括第一固定環鎖、第二固定環鎖和旋轉螺栓，其中第一固定環鎖設置在主翼展向方向的25％處，第二固定環鎖設置在主翼展向方向的75％處，旋轉螺栓設置在主翼展向方向的100％處；本翼型構型在基本不消耗能量、產生附加阻力較小的情況下能夠有效抑制翼型大攻角氣流分離，提高翼型升力系數的同時降低阻力系數，具有可大幅提升翼型的升阻比，改善大攻角氣動性能的特點。

技術領域

本發明涉及機翼氣動外形設計技術領域，具體涉及一種可改善大攻角分離特性的翼型構型及其設計方法。

背景技術

在大攻角來流條件下，飛行器會出現大尺度的翼面流動分離現象，導致翼型的升力系數大幅降低，同時阻力系數提高，氣動性能急劇惡化，且氣流在翼型上邊界層發生分離時，將會造成失速的嚴重后果，極易發生航空事故；因此，研究改善流場，抑制翼型流動分離的有效方案，對改善大攻角狀態下飛行器的的機動性和安全性都具有重要意義；

流動控制的本質是通過對局部流動施加力、質量、能量等物理量，利用流體間流體動力的相互作用，引發流場的局部或全局流動改變；根據有無額外輔助能量消耗，流動控制方法可分為主動控制方法和被動控制方法兩類；被動流動控制技術最典型的工程應用為渦流發生器，其主要控制機理為通過渦流發生器產生渦流向低能量的邊界層傳輸能量，以達到克服逆壓梯度、延緩氣流分離的作用，進而可以增大機翼的失速攻角和最大升力系數，產生增升作用的代價為阻力的增大和升阻比的降低；除渦流發生器外開縫翼型、仿生結節及溝槽技術都屬于被動流動控制的范疇。主動流動控制的控制方式為在流場內直接施加適當的擾動，與翼型本身繞流相互耦合來實現對流動的控制，其抑制氣流分離的主要途徑包括射流、吹氣和吸氣、釋放等離子體等方式，和被動流動控制技術相比主動流動控制技術在非設計狀態仍可以對翼型流動進行有效的控制，但相應地會增加飛行器的重量與能量消耗；翼型前緣振動橢圓翼構型作為一種流動控制方法，其工作原理與渦流發生器類似，常規的渦流發生器通常安裝于機體表面，通過產生縱向渦來增加邊界層內部流體與外部流體的混合，從而將動量傳遞給邊界層，使處于逆壓梯度中的邊界層流場在獲得附加能量后能夠繼續貼附在機體表面，達到延遲或消除流動分離的目的；

現階段抑制翼型大攻角氣流分離進而提升翼型氣動性能的主要技術為流動控制技術，按照控制時是否需要外加能量，流動控制技術可以分為主動流動控制技術和被動流動控制技術兩類；主動流動控制以合成射流、吹氣吸氣、釋放等離子體等方式對翼型繞流進行控制，進而提升翼型的氣動特性，其主要缺點為需要額外消耗能量，且在機翼內部布置主動流動控制的相關設備會增加飛行器的起飛重量，在一定程度上影響了飛行器的經濟性能；被動控制技術包括被動型渦流發生器、失速帶、襟翼和微型小插片、肋條等，其主要缺點為在對翼型繞流進行影響的同時會產生額外附加的阻力，且由于被動流動控制的控制方式及控制效果是預先設計完成的，在飛行器偏離設計狀態的情況下被動流動控制無法正常發揮作用，甚至對翼型的氣動特性產生不利影響。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明旨在提供一種可改善大攻角分離特性的翼型構型及其設計方法，通過在翼型前緣附近加裝微小的橢圓翼組合成復合翼，并賦予其以一定的振動形式，橢圓翼可對來流進行導向控制，與主翼進行能量交換，提高主翼抵抗流動分離的能力，以達到提升機翼失速攻角及改善大攻角氣動特性的作用，本翼型構型在基本不消耗能量、產生附加阻力較小的情況下能夠有效抑制翼型大攻角氣流分離，提高翼型升力系數的同時降低阻力系數，具有可大幅提升翼型的升阻比，改善大攻角氣動性能的特點。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：