超音速公务机机翼的多速域气动特性研究

摘要

为了降低超音速公务机(Supersonic Business Jets,SSBJs)的运营成本,其低速、亚音速和超音速的多速域气动性能均需关注,本文使用基于伴随方法的梯度优化设计系统对该问题进行研究.首先对超音速公务机机翼进行只考虑超音速特性的单点优化设计,结果表明通过减小外翼段的厚度和头部半径可降低压差阻力,载荷外移减小诱导阻力,优化构型超音速工况气动性能提升14.47％.接下来,在兼顾超音速和亚音速气动特性的优化设计中,优化构型相较只考虑超音速特性的设计构型,中翼段扭转角减小,同时翼型厚度和头部半径均有不同程度的增大,有较为明显的前缘下垂特征,再加上翼型弯度的提升,能够有效减小亚音速工况中外翼段的分离区,亚音速工况的气动特性明显改善,提升95.68％,且超音速工况的气动性能相较初始构型提升9.76％.此外,初始构型因内翼段后掠角较大,且翼型头部半径较小,机翼在低速工况形成了一个稳定发展的涡,保持了较好的低速特性,失速攻角可达35°,而两轮优化设计构型涡的发展趋势与初始构型基本一致,证明其均可保持良好的低速气动特性.