前掠翼与串置翼各自具有独特的气动和结构优势,螺旋桨滑流对其的气动影响作用需要分析研究。基于一种螺旋桨动力串置前掠翼布局模型,螺旋桨直径0.232 m,应用UG和ICEM CFD软件,划分大小流动区域并考虑壁面粘性附面层特点,构建三维模型的结构/非结构混合网格模型。应用FLUENT软件,对无螺旋桨时模型的低速纵向气动力进行数值模拟,在飞行马赫数0.3和5°攻角时模型升阻比获得最大为7。在最大升阻比状态下,考虑前置螺旋桨工作的影响,数值模拟螺旋桨滑流作用下模型的低速气动力特性,螺旋桨转速24638 r/min,发现旋转滑流对前后翼都有降低绕流逆压梯度作用,前翼和后翼压差载荷均有所增大,模型总体升力相应提高。

为了研究高速前掠翼飞机低速气动力变化特性,以一种NACA64A005高速薄翼型前掠翼翼身组合体模型为基本研究对象,包括相应后掠翼模型和细长边条前掠翼模型,开展模型纵向气动力低速风洞实验研究,模型攻角变化范围-4°^+36°,实验风速29 m/s,特征雷诺数4×10~5。结果表明:前掠翼模型与相应后掠翼模型升力和阻力变化特性基本相同;但前掠翼表现出较好的大迎角气动力性能发展趋势。翼根前加装面积仅为机翼面积5.2%的大后掠细长边条后,前掠翼模型升力特性和气动效率明显提升,33°迎角最大升力系数比基本前掠翼提高约40%。依据模型风洞实验实际条件,采用ICEM和FLUENT软件与雷诺时均N-S方程,进行前掠翼模型定常黏性空间流场气动力数值仿真,结果表明建模和边界条件设置合理,仿真计算能够支持分析风洞模型实验数据。

基于一种后掠翼翼身组合体刚性模型,为研究其低速升阻力和俯仰力矩变化特性,进行低速风洞纵向测力实验,迎角α为-4°^+36°。根据模型实际实验状态,数值模拟其低速粘性绕流流场和升阻力特性,特征雷诺数为4×10~5。实验结果表明:在-4°^+15°迎角范围内,模型升力系数按明显线性关系增大;31°迎角时,升力系数获得最大值为1.15。36°迎角时,阻力系数值达最大为0.807。模型升阻力数值模拟结果与风洞实验值在计算攻角范围吻合良好,最大相对偏差11%,结合流场计算结果分析能够支持和综合分析风洞实验结果。

汽车行驶和飞机航行尤其高速运动时气动阻力的降低有利于节能减排和提高使用经济性。文章基于构建的一种出租汽车及顶部灯箱几何简化模型,应用FLUENT流体软件和RANS方法开展汽车模型空气流场仿真建模和数值模拟计算,选用二阶迎风离散格式,车速按60 km/h和120 km/h,雷诺数为0.51×107和1.01×107。研究表明在高、低两种车速下汽车模型都能产生或多或少的气动下压力,尤其在高速行驶时顶部灯箱纵置比横置方式汽车整体所受气动阻力明显要小。

以小型立式低速气动综合实验台为教学平台,以NACA64A-005翼型为开放实验对象,开展表面测压模型设计与制作实践,翼型弦长200 mm。在攻角±20o变化范围内,进行模型表面气流压强分布测量,实验段进口气流特征雷诺数2.0×10~5。应用FLUENT分析软件,数值仿真模型实验空间定常时均湍流流场和气动力随攻角变化特性。通过模型的制作与实验并结合数值仿真使学生更加牢固地掌握气动基础有关实验原理和概念,进一步训练和增强综合实践和创新能力。

为探索挖掘前掠翼气动力优势,构建了一种串置式高速前掠翼布局研究模型,在来流马赫数0. 8和-10°～+20°中小攻角范围内,按RANS方法并选用可实现k-ε湍流模型,数值仿真其定常三维湍流场纵向气动力和受前后翼位置影响的变化特性。结果表明:在10°攻角后,串置式前掠翼基本模型获得的升力系数比相应单前掠翼的有所提高,而升阻比变化基本相同,串置翼基本模型在5°攻角时升阻比最大;在5°攻角之后,后翼下置串翼模型的升力系数比后翼上置和基本翼模型有所提高,而升阻比变化基本相同;在前后翼翼面附近绕流中捕捉到局部激波,并且翼根与机身交接区域可见有低速旋涡;串翼试飞模型平飞姿态稳定并能做一定机动飞行,串置式前掠翼模型构建方案可行,仿真计算为后续进一步开展研究奠定了基础。

为了探索串置前掠翼气动特性受前掠角变化的影响,基于一种串置前掠翼身组合基本模型,保持机翼展长和几何面积不变,构建不同前掠角的流场计算模型。采用FLUENT软件数值计算纵向气动力和粘性流场随前掠角和迎角的变化特性,选择远场来流马赫数0.8,迎角0°^+40°。前掠角20°模型在迎角0°~30°呈现出高升力系数和高升阻比,最大升阻比迎角为10°。前掠角40°模型升力系数在40°迎角时达到最大且未失速,大迎角气动特性良好。前翼和后翼对模型整体升力的贡献有所差异,前掠角是串置前掠翼构型气动特性的重要影响因素,通过改变前掠角能够获得合适的布局气动力性能。