高马赫数低雷诺数螺旋桨翼型气动分析研究

摘要

临近空间螺旋桨桨叶外侧的流动不仅具有雷诺数低的特点,而且马赫数很高(桨尖马赫数可超过0.6),这是与传统微型飞行器的不可压低雷诺数流动最大的区别.由于地面常规风洞无法完全模拟高马赫数低雷诺数流动,本文采用基于eN转捩模型的MSES软件和具有γ-Reθ转捩模型的ANSYS CFX软件开展了高马赫数低雷诺数流动下的翼型气动分析研究.对不可压低雷诺数状态下的翼型气动特性的计算结果与实验值吻合良好,验证了两种转捩判断模型的有效性.在此基础上,对马赫数0.6时,雷诺数为18.5万,攻角为0°～4°时的翼型升阻力特性、转捩点位置和层流分离特性进行了分析.结果表明,随着攻角增加,翼型升阻力系数随时间变化的最大值、最小值以及振幅均增大.相同攻角下,MSES计算出的升力系数明显比CFX计算出的时均升力系数高出很多.高马赫数时翼型上表面层流分离点较低马赫数后移,形成后缘分离现象;下表面层流分离点较低马赫数前移,且形成的分离泡更长、更大.