翼吊式短舱内外流场干扰与气动优化研究

摘要

翼吊式布局是客机与轰炸机等飞机最主要的发动机布局方式。该布局下，机翼/机身/短舱/吊架（B-W-N-P）组合体间存在着复杂的流动相互干扰。当发动机工作时干扰更为复杂。为了解组合体气动特性及短舱动力状态影响，本文应用数值模拟方法，以DLR-F6模型为原始模型，研究通流及动力状态下B-W-N-P组合体的气动特性。
　　本文首先进行了实验条件下F6基准模型通流数值模拟。将组合体气动性能所得结果与实验数值进行比较，确立了用于复杂整机计算所用的数值方法，并对组合体各部件之间气动干扰进行了初步分析。在此基础上，计算了高空状态下，F6基本型变攻角时通流及动力工况下组合体气动性能。结果表明攻角的小范围变化对短舱进排气特性影响较小，短舱表面阻力系数、机翼升阻力系数随攻角增大而增大；攻角变化下动力状态使短舱气动性能、机翼升阻力特性均有所改善。
　　其次，变化短舱在机翼展向、弦向、高度方向位置，计算了改型模型在高空通流及动力状态下的组合体三维流场。结果表明各方向短舱变化对短舱进排气特性影响甚微；随短舱展向位置向翼稍方向变化，W-N-P结构各部件气动性能呈非单调变化；随短舱弦向位置向机尾方向变化，短舱阻力单调增加，机翼升阻力性能非单调变化；随短舱高度方向位置向远离下翼面方向变化，短舱阻力单调减小，机翼升阻力性能非单调变化。
　　再次，模拟短舱带涡流发生器在高空通流及动力状态。结果表明巡航下，涡流发生器对短舱进排气性能影响小；通流及动力下，伴随涡流发生器向短舱尾部移动，短舱阻力系数增加，机翼阻力系数变化较小，机翼升力系数呈非线性规律分布；变涡流发生器尺寸，短舱阻力系数及机翼升力系数变化甚微，机翼阻力系数以小尺寸模型为大；动力条件使得短舱及机翼相关气动特性变好。
　　最后，近似模拟起飞及高空机翼动力响应两种动态过程，探讨稳态计算算法结合动态方法运用于瞬态计算时的可行性并简要分析相关部件气动特性。结果表明，起飞时，进气道性能受地面影响，总压恢复降低较剧烈；动力条件对起飞抬头及爬升状态影响明显，滑跑时影响不大。动态响应计算表明算法可有效反应出组合体气动特性参数的周期性变化，可运用于进一步的计算分析。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外进展

1.3目前存在的问题与研究意义

1.4本文主要研究内容

第二章 CFD算法及初步干扰分析

2.1 数值模拟方法

2.2 性能参数定义

2.3 几何模型

2.4 计算网格

2.5 算法验证

2.6 通流及动力条件下B-W-N-P组合体干扰现象初步分析

2.7 本章小结

第三章 飞机攻角及短舱位置变化下B-W-N-P结构干扰流场分析

3.1 F6基准型变攻角通流/动力计算

3.2 F6变短舱几何位置下通流及动力计算

3.3本章小结

第四章 带涡流发生器的F6模型流场数值分析

4.1几何模型

4.2计算方法与边界条件

4.3计算算例

4.4计算结果

4.5结果描述

4.6结果分析

4.7本章小结

第五章 飞机起飞及机翼简化动力响应计算分析

5.1飞机起飞数值模拟

5.2飞机巡航机翼简化动态响应数值模拟

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录