低雷诺数情况下微型飞行器气动性能的数值分析

摘要

本文以上海大学研制开发的SHU-1型微型飞行器为计算模型,对该模型飞机的复杂三维黏性绕流进行了数值模拟.基于该模型飞机外形的复杂性,网格布局采用了非结构网格.由于微型飞行器的巡航速度一般在15m/s左右,属于不可压流动的范围,因此数值格式应用了被广泛采用的SIMPLE方法.微型飞行器尺寸小,飞行速度低,微型飞行器绕流是典型的低雷诺数流动.为了更加合理地模拟湍流流动,湍流模型采用了RNGk-ε模型.该模型既可模拟高雷诺数流动又可用于模拟低雷诺数流动.以上述数值方法为基础,对该模型飞机在15m/s的来流速度情况下,迎角在-10°和15°范围内的12个飞行状态进行了数值模拟.通过计算结果,我们发现:阻力曲线在0°~10°的范围内基本上保持为水平直线,而升力曲线依然保持上升的趋势,说明在这一攻角范围内升阻比有大幅度增加.此现象与高雷诺数下的气动特性具有明显的不同,此差别的深层次物理原因还需要进一步的探索.