民用飛機小翼設計中風洞試驗結果分析

王煥青

摘 要：翼梢小翼可以增大機翼的有效展弦比，同時可以削弱飛機翼尖渦的強度，減小誘導阻力，從而達到飛機的減阻增升、提高燃油經濟性的作用。該文介紹了風洞試驗在民用飛機翼梢小翼設計中的作用，以及如何根據試驗結果判斷翼梢小翼對飛機氣動特性的幫助。

關鍵詞：民用飛機 翼梢小翼 風洞試驗 氣動特性

中圖分類號：V211 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0020-02

自商用飛機問世以來，各大制造商就在不斷尋找節(jié)省燃油的途徑。更何況在油價不斷攀升的今天，一架節(jié)能環(huán)保的飛機無疑具有很強的市場競爭優(yōu)勢。減小飛行阻力是一種有效節(jié)省燃油的手段，而在機翼外端安裝翼梢小翼則是減阻增升的有效途徑。目前世界上很多機型（如B737、A320）均裝有不同形狀的翼梢小翼。

當然，設計出一幅能提升飛機氣動特性的翼梢小翼也不是一件容易的事。除了使用CFD計算外，能夠模擬真實飛行條件的風洞試驗也是一種非常有效的方法，試驗結果可以幫助研發(fā)團隊更直觀的分析翼梢小翼對飛機氣動特性的影響。

1 試驗模型

一般研發(fā)團隊會根據CFD的計算結果制造幾種不同形狀的翼梢小翼模型，逐一安裝在同一個風洞試驗模型的機翼上進行風洞試驗，這樣試驗結果具有可對比性。圖1為某飛機研發(fā)團隊進行對比試驗的5個小翼外形。

2 試驗方法

試驗方法一般有：測力試驗、測壓試驗、油流試驗。

2.1 測力試驗

測力試驗是飛機設計中最基本的試驗項目。將需要驗證的5種小翼模型分別安裝在機翼上進行5組測力試驗。每組試驗在不同馬赫數及不同試驗迎角下進行并采集氣動力數據，包括升力、阻力、側向力、俯仰力矩、偏航力矩、滾轉力矩。最后將5組試驗結果進行對比，選出對氣動特性最好的小翼。圖2為在同一個試驗狀態(tài)下5個小翼的試驗結果對比，可以看出裝配有2號小翼時，全機升阻比K最大。說明2號小翼增升減阻的效果比其他4個小翼好。

2.2 測壓試驗

按展向在翼梢小翼模型上選擇若干測壓剖面，然后在每個剖面按弦向位置在小翼表面布置測壓點進行測壓試驗，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特性。應盡量選擇沒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

油流試驗用于顯示飛機表面的流動圖譜。它是一種顯示復雜流動中，如分離流動和旋渦流動的非常簡便、有效的手段。通過對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、旋渦的形成等。

在油流試驗時，將帶有細微示蹤例子的油劑薄薄地涂在小翼表面上，在不同馬赫數、不同迎角狀態(tài)下進行試驗。每次試驗結束后，立即觀察油劑在小翼表面的形態(tài)并拍下照片保存，然后重新涂油再進行下一次試驗。對于一個氣動特性良好的小翼，油流結果顯示的表面流場應比較理想，沒有明顯的氣流分離現象。

3 結語

風洞試驗可以幫助研發(fā)人員驗證翼梢小翼CFD計算的結果。對不同的試驗方式，有不同的分析方法：（1）測力試驗：通過對比分析最大升阻比。升阻比越大，減阻增升效果越好；（2）測壓試驗：壓力分布形態(tài)正常的小翼氣動特性越好。就算小翼表面發(fā)生分離，也應選擇分離較晚的小翼；（3）油流試驗：觀察小翼表面的流場分布，選擇未發(fā)生氣流分離或者分離程度較輕的小翼。最后，應將幾個試驗結果結合起來分析，選擇綜合性能最好的翼梢小翼。

參考文獻

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