剪切式滑动蒙皮变后掠翼气动特性研究

摘要

近些年来，随着航空航天领域对高效能以及变体飞行器需求的增长，并且伴随着智能材料结构研究与仿生飞行的快速发展，可变后掠翼飞行器的研究再次迅速成为了航空航天技术创新领域的热点。可变后掠翼飞行器采用智能变形技术，可以解决普通固定翼飞行器只能采用单一气动布局设计的缺陷，从而改善飞行器多功能性，针对飞行各阶段的不同要求改变机翼后掠角，使之适应不同的飞行状态，达到实时最优性能。
　　本文参考目前世界上现有的变后掠技术，采用了一种新型变后掠方式——剪切式滑动蒙皮变后掠，通过对变后掠翼身组合体变后掠过程中不同气动布局的实验模型进行数值仿真，找到一种较优的变后掠规律。主要内容如下：
　　一、阐述了“剪切式滑动蒙皮变后掠”方案的概念，指出“剪切式滑动蒙皮变后掠”方式与传统“旋转式变后掠”方式的不同之处，在理论上找出两种变后掠方式可能形成的气动特性的差异，并简单设计了“剪切式滑动蒙皮变后掠”机构。
　　二、列出几种常用计算空气动力学基本方程，并进行了基本推导，找出适用本文实验所需的湍流模型。利用计算机辅助设计软件对变后掠翼身组合体进行三维建模，通过CFD软件对模型划分网格并进行数值模拟计算。
　　三、根据数值模拟计算，得出不同后掠角布局模型在不同条件下的气动数值。对可变后掠翼身组合体模型在各变形状态下的气动特性进行分析比较，找出产生气动特性差异的原因。分析表明：在亚声速飞行阶段，由于压差阻力和摩擦阻力较小，小后掠角的升阻比较大，气动特性较好；而在跨声速和超声速阶段，由于激波阻力的急剧上升，导致阻力系数急剧增大，此时机翼后掠会延缓激波的产生，这对飞机高速飞行是十分有利的。
　　四、通过模拟计算传统“旋转式变后掠”方式的大后掠角翼身组合体模型流场，与“剪切式滑动蒙皮变后掠”翼身组合体的气动数据进行对比分析，发现新型变后掠气动布局在宽广速域范围内均比传统变后掠气动布局具有更优的升阻比，并找出了两种不同变后掠方式形成气动特性差异的机理。
　　五、最后根据前面模拟计算的数据，以及对比各气动特性变化图，以升阻比最佳作为约束条件，得到了一条随马赫数变化的最优变后掠规律曲线。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 可变形飞行器发展概述

1.3 可变形飞行器研究意义和难点

1.4 本论文主要研究内容与章节安排

第2章 剪切式滑动蒙皮变后掠翼概念及机构设计

2.1 剪切式滑动蒙皮变后掠翼方案设计

2.2 剪切式滑动蒙皮变后掠翼机构设计

2.3 本章小结

第3章 变后掠翼身组合体基于CFD计算空气动力学基础

3.1 计算空气动力学基本方程

3.2 计算空气动力学的常用方法

3.3 非线性空气动力学数值方法

3.4 计算网格

3.5 本章小结

第4章 变后掠翼身组合体三维建模及数值模拟

4.1 计算机辅助设计

4.2 剪切式滑动蒙皮变后掠翼身组合体三维建模

4.3 CFD软件结构

4.4 变后掠翼网格的划分

4.5 求解器主要求解设置

4.6 本章小结

第5章 变后掠翼身组合体气动特性分析

5.1 气动特性分析

5.2 变后掠规律

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

硕士期间发表的论文及学术成果

致谢

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