CN101596934B - 一种翼梢涡扩散装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种翼梢涡扩散装置，由上、下小翼组成，上、下小翼起到端板的作用，阻挡下翼面气流往上翼面流动；上小翼与下小翼的翼型均为对称翼型，这种形状可避免在超临界气流条件下出现强激波，可避免额外的波阻；两小翼相对机翼翼梢有一定的偏转，从而提高了机翼的升力。本发明优点在于：削弱了翼梢涡和尾涡的强度，削弱机翼翼梢的下洗流场，使诱导阻力减小。
Description
技术领域
本发明属于民用飞机领域，具体是一种翼梢涡扩散装置。
背景技术
对大多数没有经过翼梢气动改进的民用大型客机来说，巡航时的诱导阻力占到飞机总阻力的30％以上，在低速大迎角时诱导阻力会更大，有时甚至占到总阻力的70％左右。因此，有必要对机翼翼梢进行气动改进，以减小诱导阻力提高飞机的空气动力效率进而提高飞机的燃油经济性和飞行性能。
减小诱导阻力就要设法消除翼梢处的集中涡，使洗流具有均匀的分布。一般可以通过增大机翼的展弦比的方法来减少诱导阻力。但是，这要付出增加结构重量的代价，并受到总体设计的限制。因此，机翼的最佳展弦比只能在一定的范围内选择。另一种有效的方法就是通过在机翼翼梢处，装上经过特别设计的翼梢装置而达到减阻的目的。至今，能够有效减小诱导阻力并且已有应用价值的翼梢装置有：翼梢帆片、翼梢小翼、翼梢涡扩散器。
在以上几种装置中，翼梢帆片的减阻效果可能是最好的，但是，翼梢帆片能够达到最大减阻作用是考虑多种复杂因素、经过精心设计和大量试验验证的情况下实现的，因而有着较大难度。而且，翼梢帆片一般只适用于小型低速飞机。
发明内容
为解决上述不足，本发明提出一种能够减小飞机诱导阻力，提高升阻比的一种翼梢涡扩散装置。
本发明一种翼梢涡扩散装置，由上小翼与下小翼组成。其中上小翼的展长h在400～500mm之间，上小翼与下小翼的前缘后掠角α、β在60～70度之间，且均要大于机翼的后掠角，上小翼与下小翼后缘后掠角μ、θ在10～50度之间，从而使两个小翼上的气流速度大于来流速度，且上小翼与下小翼的翼型均为对称翼型，安装在机翼翼梢末端。这种形状可避免在超临界气流条件下出现强激波，可避免额外的波阻。
上小翼与下小翼翼根弦长l为修型前机翼翼梢弦长a的60％，因此翼梢涡扩散装置的失速特性要好于翼梢。两个小翼相对于翼梢后缘偏移量为翼梢弦长a的20％。两个小翼安装在翼梢处会在两个小翼前缘留下空隙，所以通过翼梢平面的拉伸使翼梢与两个小翼融合在一起，减小干扰阻力。两小翼相对机翼翼梢有一定的偏转，从而提高了机翼的升力。
上、下小翼翼型的相对厚度要低于机翼翼梢的厚度，这样可使上、下小翼翼型的气流分离特性要优于机翼翼梢翼型，可避免因为涡扩散装置上过早的气流分离而引起机翼翼梢处的气流分离。
本发明的优点在于：
(1)小翼与下小翼的翼型均为对称翼型，这种形状可避免在超临界气流条件下出现强激波，可避免额外的波阻；
(2)两小翼相对机翼翼梢有一定的偏转，从而提高了机翼的升力；
(3)尺寸小，引起的结构重量增加小，减阻效果好，综合性能优。
附图说明
图1加装在机翼上的翼梢涡扩散器前向视图；
图2加装在机翼上的翼梢涡扩散器后向视图；
图3翼梢修形前后对比示意图；
图4上、下小翼翼型定位示意图；
图5上、下小翼位置定位关系示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
为解决上述不足，本发明提出一种能够减小飞机诱导阻力，提高升阻比的一种翼梢涡扩散装置。
本发明一种翼梢涡扩散装置，如图1、图2、图3所示，由上小翼1与下小翼2组成。其中上小翼的展长h在400～500mm之间，上小翼1与下小翼2的前缘后掠角α、β在60～70度之间，且均要大于机翼4的后掠角，上小翼1与下小翼2后缘后掠角μ、θ在10～50度之间，从而使两个小翼上的气流速度大于来流速度，且上小翼1与下小翼2的翼型均为对称翼型，安装在机翼翼梢3末端，这种形状可避免在超临界气流条件下出现强激波，可避免额外的波阻。
两个小翼相对于机翼翼梢3后缘偏移量为修型后翼梢弦长a的20％。两个小翼安装在翼梢3处会在两个小翼前缘留下空隙，所以通过机翼翼梢3平面的拉伸使翼梢3与两个小翼融合在一起，减小干扰阻力。两小翼相对机翼翼梢3有一定的偏转，从而提高了机翼4的升力。
两个小翼翼根5弦长l为机翼翼梢弦长a′的60％，使翼梢涡扩散装置的失速特性要好于机翼翼梢3。上、下小翼翼型的相对厚度要低于机翼翼梢3的厚度，这样可使上、下小翼翼型的气流分离特性要优于机翼翼梢3翼型，可避免因为涡扩散装置上过早的气流分离而引起机翼翼梢3处的气流分离。
上小翼1的翼尖6相对翼根5有5度的偏转角，下小翼2的翼根5和翼尖7之间的偏转角为0度，如图4所示。
在飞机加装翼梢涡扩散装置时，要先通过Catia软件对机翼翼梢3进行适当的修形，这样不仅能改善翼梢涡扩散装置的来流，而且一定程度上也能减小诱导阻力值。
首先，如图3所示，从机翼4的95％半展长处开始曲线修形，对机翼翼梢3进行两段圆弧过渡，使翼梢3处的弦长a为修型前翼梢3弦长a′的一半，最终得到修型后的机翼三维模型。
如图4所示，在Catia中，先定好上小翼1与下小翼2的平面形状，然后在翼根5和翼尖7处定好翼型，并在下小翼前缘生成一圆周半径1200mm的弧线。
如图5所示，上小翼1与下小翼2定位关系为上小翼1的翼尖6相对翼根5有5度的偏转角，下小翼2的翼根5和翼尖7之间的偏转角为0度，然后用Catia中的放样命令生成上小翼1与下小翼2。
通过采用Catia对机翼的翼梢涡扩散器进行了建模，并用fluent进行数值模拟，并对本发明的升力，阻力，升阻比的气动特性，机翼表面的压力分布，对涡扩散器进行修型进行分析，并从中积累对上下小翼后掠角、与弦平面夹角，翼根弦长、翼型相对厚度等参数微调的经验。最后通过再计算和比较得出最终的涡扩散器外形。其主要性能数据如下表所示。
表1
| 模型 | 升力系数CL | 阻力系数CD | 升阻比CL/CD |
| 无小翼 | 0.47537 | 0.019961 | 23.81 |
| 翼梢小翼 | 0.4811 | 0.01791 | 26.86 |
| 翼梢涡扩散装置 | 0.47545 | 0.018627 | 25.52 |
从上表中的数据可以看出，本文设计的翼梢涡扩散器装置减小阻力明显，达到6.68％，升阻比提高7.18％，与翼梢小翼相比，减阻效果略低，升阻比略低。但是，从附图中翼梢涡扩散器和翼梢小翼的尺寸来看，前者要比后者小很多，所带来结构重量的增加要小很多。
Claims (1)
1.一种翼梢涡扩散装置，其特征在于：该装置由上小翼与下小翼组成，上小翼与下小翼的翼型为对称翼型，安装在机翼翼梢末端；两个小翼安装在翼梢处会在两个小翼前缘留下空隙，通过翼梢平面的拉伸使翼梢与两个小翼融合在一起；其中，上小翼的展长h在400～500mm之间；上小翼与下小翼的前缘后掠角α、β在60～70度之间，且均要大于机翼的后掠角，上小翼与下小翼后缘后掠角μ、θ在10～50度之间；上小翼与下小翼相对于机翼翼梢后缘偏移量为修型后机翼翼梢a的20％；上、下小翼翼型的相对厚度低于机翼翼梢的厚度；上小翼的翼尖相对翼根有5度的偏转角，下小翼的翼根和翼尖之间的偏转角为0度；
在飞机加装翼梢涡扩散装置时，从机翼的95％半展长处开始曲线修形，对机翼翼梢进行两段圆弧过渡，使修型后翼梢弦长a为修型前翼梢弦长a′的一半，且在下小翼前缘生成一圆周半径1200mm的弧线；上小翼与下小翼翼根弦长l为修型前机翼翼梢弦长a′的60％。
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