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省燃油的途徑。更何況在油價不斷攀升的今天，一架節能環保的飛機無疑具有很強的市場競爭優勢。減小飛行阻力是一種有效節省燃油的手段，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生較晚（比如在大迎角才發生分離或者小翼弦向位置接近后緣才發生分離）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：壓力分布形態正常的小翼氣動特性越好。就算小翼表面發生分離，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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