JPH01500742A - Transonic wing design procedure - Google Patents

Transonic wing design procedure

Info

Publication number
JPH01500742A
JPH01500742A JP50407387A JP50407387A JPH01500742A JP H01500742 A JPH01500742 A JP H01500742A JP 50407387 A JP50407387 A JP 50407387A JP 50407387 A JP50407387 A JP 50407387A JP H01500742 A JPH01500742 A JP H01500742A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wing
dimensional
airfoil
angle
performance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP50407387A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ブーペ,チャールズ ダブリュー
Original Assignee
グラマン エアロスペース コーポレーション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by グラマン エアロスペース コーポレーション filed Critical グラマン エアロスペース コーポレーション
Publication of JPH01500742A publication Critical patent/JPH01500742A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00Wings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 遷音速翼の設計手順 技術分野 本発明は飛行機の翼の設計手順に関する。特に、本発明は、遷音速で操作される 高性能な翼を設計する手順に関する。遷音速は、飛行速度が飛行機の回りの気流 膨張(及び加速)が超音速気流領域となり、従って衝撃波を潜在的に有する混合 (亜−超音速)気流設計問題となる音速以下の飛行速度範囲制度を参照している 。[Detailed description of the invention] Transonic wing design procedure Technical field The present invention relates to an airplane wing design procedure. In particular, the present invention operates at transonic speeds. Concerning procedures for designing high-performance wings. Transonic means that the flight speed is the airflow around the airplane. The expansion (and acceleration) results in a supersonic airflow regime, thus mixing with the potential for shock waves. (Sub-supersonic) Refers to the flight speed range system below the speed of sound, which is an issue in airflow design. .

背景技術 代表的に、性能の要求が定義されると、通常の寸法研究が基本翼形状(後退角、 先細、厚さ及び縦横比)を決定するために導入されている。その後、二次元翼形 状の設計が設計者の経験に従って、翼の風洞実験を繰り返し、或はコンピュータ による数値及び解析技術を使用して開発されている。その後、この二次元設計が 三次元翼形状の基本として使用される。Background technology Typically, once the performance requirements are defined, a typical dimensional study is performed to determine the basic airfoil shape (sweep angle, taper, thickness and aspect ratio). Then, the two-dimensional airfoil The design is based on the designer's experience through repeated wind tunnel experiments or computer simulations. It has been developed using numerical and analytical techniques by Then this two-dimensional design Used as the basis for three-dimensional wing shape.

二次元翼断面から開発された三次元翼が風洞実験或は検査飛行で実施されること が殆ど常である。性能の特性は、二次元断面特性を基礎とする元の予想性能に一 致するとは限らない。何故特定の設計が性能の要求を満たさないのかの説明に種 々の理由が主張されるが、このような説明は、通常、翼が良好な性能のために変 形できることに関して情報を形成することに助成的でない。これの代わりに、満 足した設計になるまで設計を繰り返し実験的に変化させ、風洞実験を繰り返し形 成することが必要である。このような試行錯誤の接近法が極端に高価で、常に許 容できる性能の翼を製造するとは限らず、従来の翼設計法の有用性に関する重要 な論争点を投げ掛けている。三次元分析或は計算機による技術は、抵抗レベルを 予想することが出来ないが、翼の性能を見積もる要求を自然に発展させて、翼の 設計用の実現に妥協している。A three-dimensional wing developed from a two-dimensional wing cross section is carried out in a wind tunnel experiment or test flight. is almost always the case. The performance characteristics are consistent with the original expected performance based on the two-dimensional cross-sectional characteristics. There is no guarantee that it will be possible. Specifies the explanation of why a particular design does not meet performance requirements. Although various reasons are asserted, such explanations usually suggest that the wing is modified for good performance. It is not conducive to forming information about what can be formed. Instead of this, We repeated the design, experimentally changed it, and repeated wind tunnel experiments until we reached a perfect design. It is necessary to accomplish this. This trial-and-error approach is extremely expensive and is not always acceptable. Important considerations regarding the usefulness of conventional airfoil design methods It raises controversial points. Three-dimensional analysis or computer techniques can determine resistance levels. Although unpredictable, the requirements for estimating wing performance naturally evolve and Compromises in implementation for design.

発明の開示 本発明によれば、翼は、第1に性能の要求を定義する従来の段階を使用し、翼の 寸法を導入する要求を使用して設計される。Disclosure of invention According to the invention, the airfoil is constructed using the conventional steps of first defining the performance requirements and Designed using requirements to introduce dimensions.

本発明によれば、次の段階が真上の衝撃波の寅際の位置に関して翼の航空力学的 後退角Aを決定することである。この段階は、次の段階で、翼形断面毎に、二次 元マツハ数Ml−oが三次元マツハ数M、−0に航空力学的後退角の余弦値co sΔを乗算することによってめられ、二次元揚力係数Ctz−0が航空力学的後 退角の余弦値の2乗cos2Aで計算されている。According to the invention, the next step is to determine the aerodynamics of the wing with respect to the immediate position of the shock wave directly above. The purpose is to determine the sweepback angle A. This step is the next step, where the secondary The original Matsuha number Ml-o is the three-dimensional Matsuha number M, -0 and the cosine value co of the aerodynamic sweepback angle. The two-dimensional lift coefficient Ctz-0 is determined by multiplying by sΔ, and the two-dimensional lift coefficient Ctz-0 is It is calculated using the square cos2A of the cosine value of the receding angle.

従って、二次元翼形の形状は、二次元マツハ数及び二次元揚力係数要求を基礎と して決定される。その後、三次元における翼の形状は、翼の翼弦線に沿った一連 の位置で、翼の局所後退線と直交する斜行翼弦線の湾曲構造に沿って翼における 翼形を配置して定義される。Therefore, the shape of the two-dimensional airfoil is based on the two-dimensional Matsuha number and two-dimensional lift coefficient requirements. Determined by The shape of the wing in three dimensions is then determined by a series of lines along the chord line of the wing. at the position of the wing along the curved structure of the diagonal chord line perpendicular to the wing's local recession line. Defined by placing the airfoil.

本発明によれば、上記の方法が翼の根元から翼端までのスパンに沿って複数の位 置の各々毎に形成されてもよい。According to the present invention, the above method can be applied to a plurality of positions along the span from the root of the blade to the tip of the blade. may be formed for each location.

勿論、本発明は、二次元気流模擬(シュミレーション)技術によって結果の三次 元翼の性能を評価することも包含している。Of course, the present invention uses the second-dimensional flow simulation technique to obtain the third-dimensional results. It also includes evaluating the performance of the original wing.

設計の評価及び改良の段階は、要望した予言性能特性が達成されるまで繰り返し 形成してもよい。The design evaluation and refinement steps are repeated until the desired predictive performance characteristics are achieved. may be formed.

図面の簡単な説明 本発明を容易に効率良く実行するためには、添付図面を参照して説明される。Brief description of the drawing In order to carry out the present invention easily and efficiently, it will be explained with reference to the accompanying drawings.

第1図はx−Y面における翼形の二次元断面図、第2図は従来の設計分析に使用 された無限、セン断非先細翼の部分の概念図、第3図は従来の有限先細翼の概念 図、第4図は本発明による湾曲した翼形を持つ有限先細翼の概念図、第5A図〜 第5F図は本発明による第5G図の翼形のための一連のマツハ数毎の後退先細理 論と結合された二次元翼形解析を用いた圧力分布相関を示す図、第6図は単純後 退理論を使用した比較値と比較するための第5A図〜第5F図で得られた状態を 示した表、第7図は本発明による後退先細理論の使用で達成された改良された予 想抵抗を示す図である。Figure 1 is a two-dimensional cross-sectional view of the airfoil in the x-Y plane, and Figure 2 is used for conventional design analysis. Figure 3 shows the concept of a conventional finite tapered wing. 4 is a conceptual diagram of a finitely tapered airfoil with a curved airfoil according to the present invention, and FIG. 5A- FIG. 5F is a series of backward tapers for each Matsuha number for the airfoil of FIG. 5G according to the present invention. Figure 6 shows the pressure distribution correlation using two-dimensional airfoil analysis combined with theory. The states obtained in Figures 5A to 5F for comparison with comparative values using regression theory. The table shown, FIG. 7, shows the improved prediction achieved using the backward taper theory according to the present invention. FIG. 3 is a diagram showing imaginary resistance.

発明を実施するための最良の形態 ジェット飛行機は、音速より遅い速度で運行できるが、翼に亙る空気の流れが潜 在的に超音速領域を含むことが公知である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Jet airplanes can operate at speeds slower than the speed of sound, but the airflow over the wings is slow. It is known that the supersonic range currently exists in the supersonic region.

遷音速における飛行速度は衝撃波を翼上に存在させる。この衝撃波は、速度が増 加すると抵抗度を増加させ、従って飛行機の性能に制限を生じさせている。それ 故、翼を設計するときには、深刻な衝撃波を示す鋭い大きな圧力変化より少なく て徐々に圧力変化する弦状の圧力外形を有することが好ましい。Transonic flight speeds cause shock waves to exist on the wings. This shock wave increases in speed This increases drag and therefore limits aircraft performance. that Therefore, when designing a wing, it is important to avoid sharp large pressure changes that would indicate a severe shock wave. It is preferable to have a chord-like pressure contour in which the pressure gradually changes.

従来の翼設計は、翼後退角毎に単純な調整を有する二次元気流効果のみを考慮し ていた。このような従来の手順によれば、翼が第1図のX−Y面における1組の 共有座標によって定義された等高線を追従する翼形10を基本に設計される。し かし、翼は三次元空間による等高線で定義されなければならない。遷音速領域で 使用された翼が先細(テーパ)及び後退角(スィーブ)を持たなければならない 。翼弦長先細は翼重量を減少させるために構造的理由から使用されている。後退 角は、衝撃波を通過する気流速度を減少させることによって造波抗力を減少させ ている。Conventional blade designs only consider secondary flow effects with simple adjustments for each blade sweep angle. was. According to such a conventional procedure, the blade is placed in one set in the X-Y plane of FIG. The design is based on an airfoil 10 that follows contour lines defined by shared coordinates. death However, the wing must be defined by contour lines in three-dimensional space. in the transonic region The wing used must have a taper and sweep . Chord length tapers are used for structural reasons to reduce wing weight. Recession The corners reduce wave drag by reducing the air velocity passing through the shock wave. ing.

二次元翼形設計においては、衝撃波が可能な限り弱くなるように断面圧力外形を 等高線化する企てがなされた。断面厚さ、揚力及びマツハ数は、この理想的企て にいかに近付くかの限界を定義している。しかし、この範囲式は、幾らかの強度 の衝撃波が発生される速度で飛行機が飛んだならば、最大範囲が得られるであろ うことを通常示している。In two-dimensional airfoil design, the cross-sectional pressure profile is adjusted so that the shock wave is as weak as possible. Attempts were made to contour. The cross-sectional thickness, lift force and Matsuha number are determined according to this ideal plan. It defines the limits of how close to However, this range formula has some strength The maximum range would be obtained if the plane flew at a speed that produced a shock wave of Usually indicates that

設計された二次元特性は、後退及び先細が導入された時に通常消失する。これは 、圧力外形が設計時より異なり、抵抗が予想値より通常高い時に、翼の性能を低 くさせる。The designed two-dimensional characteristics usually disappear when setbacks and tapers are introduced. this is , when the pressure profile is different from the design and the drag is usually higher than expected, reducing the performance of the wing. Make it dark.

第2図は、翼に亙る気流速度M−に直交する方向に関して後退角Aで配置された 無限後退翼パネル11の部分を概念的に示している。単純後退理論によれば、速 度が2成分に分解される。Figure 2 shows a wing placed at a sweepback angle A with respect to the direction perpendicular to the air velocity M- across the wing. A portion of the infinitely swept wing panel 11 is conceptually shown. According to the simple regression theory, the speed degree is decomposed into two components.

第1成分は翼パネルに平行な成分であり、翼の性能に評価できる効果を期待でき ないので示さない。最も興味のある成分は翼パネル11の前縁12(及び前縁1 2に平行な後縁14)に直交する気流速度の垂直成分M、である。このMWのみ が翼パネル11の圧力域の性質を決定する。The first component is a component parallel to the wing panel, and can be expected to have an appreciable effect on the performance of the wing. I won't show it because I don't have it. The components of most interest are the leading edge 12 of the wing panel 11 (and the leading edge 1 2 is the vertical component of the air velocity M, perpendicular to the trailing edge 14). Only this MW determines the nature of the pressure field of the wing panel 11.

従って、単純後退理論は、設計者によって、MNに平行な方向の直線で翼から導 かれた翼形を解析し、翼をM−cosAの速度°で解析し、圧力域を決定し、圧 力域をcjs”Aで割算して、翼パネル11の圧力域を定義することを許容する 。この単純後退理論は、設計者によって二次元に機能することができるが、後退 角を経由して三次元環境に結果を変換できない。Therefore, the simple sweepback theory is based on the designer's belief that the direction from the wing in a straight line parallel to MN Analyze the airfoil shape, analyze the airfoil at a speed of M-cosA, determine the pressure region, and calculate the pressure Divide the force area by cjs''A to allow defining the pressure area of the wing panel 11 . This simple regression theory can work in two dimensions by the designer, but Unable to translate results to 3D environment via corners.

例えば、後退線に直交する翼形を抽出し、単純後退理論で与えられた二次元状態 を解析し、流れ方向に戻る結果の圧力を変換することによって、次の式が成立す る。For example, extract the airfoil perpendicular to the recession line and obtain the two-dimensional state given by the simple regression theory. By analyzing and converting the resulting pressure back in the flow direction, the following equation holds: Ru.

Cps−o= Cpx−o cos”A (1)但し、Cpが圧力係数であり、 八が後退角である。Cps-o=Cpx-o cos”A (1) However, Cp is the pressure coefficient, Eight is the receding angle.

しかし、単純後退理論においては、翼パネル11における衝撃波の位置、後退角 が常に同じであると仮定し、それが幾何学的特徴に連結している。従って、単純 後退理論の概念は、翼の後退角が前縁及び後縁間で変化する有限先細翼に展開し なければならない。However, in the simple sweepback theory, the position of the shock wave in the wing panel 11, the sweepback angle Assume that is always the same and that it is connected to the geometric features. Therefore, simple The concept of sweepback theory is extended to finitely tapered wings where the sweepback angle of the wing varies between the leading and trailing edges. There must be.

第3図は、有限先細翼16において、前縁18で後退角A1から後縁20で後退 角A、までの後退角変化を概念的に示している。真上の衝撃波の後退が翼の位置 に依存している。飛行機がマツハ数の増加に対して翼迎え角を増加させるように 操縦されると、衝撃波が発達して、翼上で後ろに移動し、後退角を減少させ、抵 抗を増加させている。FIG. 3 shows, in a finitely tapered wing 16, from a sweepback angle A1 at the leading edge 18 to a sweepback angle at the trailing edge 20. It conceptually shows the change in the receding angle up to angle A. The retreat of the shock wave directly above is the position of the wing. depends on. Airplanes now increase wing angle of attack for increasing Matsuha number When maneuvered, a shock wave develops and moves rearward on the wing, reducing the sweep angle and increasing the resistance increasing resistance.

従来の設計手順は、通常、翼16の1/4翼弦線のスパン方向母線22の位置が 二次元/三次元変換用の後退角を決定する仮定にたって呼ばれていた。この幾何 学的或は平坦後退角の手引きが翼の航空力学を考慮に入れず、翼が風洞或は飛行 検査された時に、初期設計基準から性能に偏差を育している。Conventional design procedures typically determine the location of the spanwise generatrix 22 of the quarter chord line of the wing 16. It was called based on the assumption that determines the receding angle for two-dimensional/three-dimensional conversion. this geometry The scientific or flat sweep angle guidance does not take into account the aerodynamics of the wing, and the wing is When tested, develops deviations in performance from initial design criteria.

従来の翼設計及び本発明による翼設計は、翼の性能要求を定義する初期段階から 開始している。Conventional wing design and wing design according to the present invention have been developed from the initial stage of defining the performance requirements of the wing. It has started.

一度、翼の性能要求が最適に定義されると、従来の翼設計及び本発明による翼設 計における次の段階が翼の寸法決定である。Once the performance requirements of the wing are optimally defined, conventional wing designs and the wing design of the present invention can be The next step in the plan is to size the wings.

翼領域、負荷、後退角、先細、翼の厚さの基本パラメータ及び定義性能に必要な アスペクト比が決定される。このような決定後、従来の翼設計における次の段階 が定義パラメータを基本として二次元翼形の形状を決定することである。分析或 は数値解析手順によって特定の圧力特性を達成するためには、二次元翼形の詳細 等高線に対する多くの手引きが存在する。これらの手引きが当業者にとって公知 である。通常の議論は、A、B、ノ蔦イネス氏のThe Aeronxutic il Journalの83巻819号1979年3月の’Computer− Aided Design: Aerodynamics”で形成されている。Basic parameters of wing area, load, sweep angle, taper, wing thickness and define performance requirements. Aspect ratio is determined. After such a decision, the next step in conventional wing design is to determine the shape of a two-dimensional airfoil based on the defined parameters. analysis or details of the two-dimensional airfoil to achieve specific pressure characteristics by numerical analysis procedures. There are many guidelines for contour lines. These guidelines are known to those skilled in the art. It is. The usual discussion is A, B, Mr. Ines Notsuta's The Aeronxutic il Journal Volume 83 No. 819 March 1979'Computer- Aided Design: Aerodynamics”.

本発明の第1の意図によれば、二次元設計が実施される条件が定義される。ある 翼の揚力要求にとって、翼形毎に揚力要求及び翼形用の設計マツハ数を決定する ことが必要である。本発明によれば、翼は、翼の効果的後退が真上での衝撃波の 位置に束縛されることの発見を基礎として設計される。この位置は、翼が意図と した使用に最も有利なものとして「計画的に組込」める。これは、翼が使用中に 実際経験できない状態で、理想翼形の形状を設計する従来技術の困難性をなくし ている。According to the first intention of the invention, the conditions under which the two-dimensional design is carried out are defined. be For the lift requirements of the wing, determine the lift requirements and design matsuka number for each airfoil shape. It is necessary. According to the invention, the airfoil is such that the effective retraction of the airfoil prevents the shock wave directly above the airfoil. The design is based on the discovery that location is constrained. This position allows the wing to ``Planned incorporation'' is considered the most advantageous for specific uses. This means that the wing is in use Eliminates the difficulty of conventional technology in designing an ideal airfoil shape without actually experiencing it. ing.

従って、本発明によれば、真上での衝撃波の実際の所望位置による翼の実際の航 空力学的後退角が選択或は定義できる。Therefore, according to the invention, the actual flight of the wing due to the actual desired position of the shock wave directly above An aerodynamic sweepback angle can be selected or defined.

この航空力学的後退角が決定された後、二次元における累月の速度或はマツハ数 は、次の式のように、三次元速度に航空力学的後退角の余弦値を乗算してめられ る。After this aerodynamic recession angle is determined, the lunar velocity or Matsuha number in two dimensions is determined. is calculated by multiplying the three-dimensional velocity by the cosine of the aerodynamic sweep angle, as shown in the following equation: Ru.

M 2−D−M S−OcosA shsckwav* (2)翼形の揚力係数 は、三次元揚力係数を航空力学的後退角の余弦値の2乗値で割算して次のように められる。M 2-D-M S-OcosA shschwav* (2) Airfoil lift coefficient is calculated by dividing the three-dimensional lift coefficient by the square of the cosine of the aerodynamic sweep angle, as follows: I can't stand it.

CLz−o −CL3−D/ eos”A * ha akwawe (3)従 って、二次元翼形は、当業者にとって公知なように、所望の圧力域(衝撃波の位 置)から開始した試行錯誤、計算器による設計(CAD)或は反復設計手順を用 いて設計される。CLz-o -CL3-D/ eos”A * ha akwawe (3) Subordinate Therefore, the two-dimensional airfoil is designed to provide a desired pressure range (shock wave position), as is known to those skilled in the art. Using trial and error, computer aided design (CAD) or iterative design procedures starting from It is designed with

例えば、ホトグラフ設計法による経験は、超臨界翼形が次の経験則を満足して設 計されることを暗示している。For example, experience with the photographic design method shows that supercritical airfoils can be designed to meet the following rules of thumb: It is implied that it will be measured.

M、、+CL/10 + t/c −0、95(4)標準回答は、通常、航空力 学的影響係数行列式が展開され、反転され、次の式による翼平均表面用の境界状 態を示すカラム・ペクタによって乗算されることが要求される。M,, +CL/10 + t/c -0, 95 (4) The standard answer is usually air power The mechanical influence coefficient determinant is expanded and inverted to obtain the boundary shape for the blade mean surface by is required to be multiplied by the column vector representing the state.

但し、p、=翼パネル圧力差、 Aww−航空力学的影響係数行列式、 (dz/dx) c−翼形/翼矢高傾斜角、α−迎え角。However, p = wing panel pressure difference, Aww - aerodynamic influence coefficient determinant, (dz/dx) c-airfoil/wing height inclination angle, α-angle of attack.

反転モードにおいてはプログラムの走行が変形してもよむ1゜従って、影響係数 行列式が反転前に所望のス/くン方向及び弦長方向負荷分布によって乗算される 。In the reverse mode, the program run may be distorted by 1°. Therefore, the influence coefficient The determinant is multiplied by the desired longitudinal and longitudinal load distributions before inversion. .

((dx/dx)c−σ)−[Aww] XPw (6)要求負荷は、全翼スパ ンを交差する後退角用に尺度化された翼形の弦長方向負荷である。亜音速状態は /<ネル法予想値が造波効果で不当に妥協しないことを確保するために選択され る。((dx/dx)c-σ)-[Aww]XPw (6) The required load is is the chordal loading of the airfoil scaled for sweep angle across the wing. The subsonic state is /<Nell method predictions were chosen to ensure that they are not unduly compromised by wave effects. Ru.

本発明による第2の意図は、三次元翼が所望の二次元圧力域を維持し、従って所 望の揚力及び最小の抵抗を発生するように、いかに三次元翼が設計後の二次元翼 形を基本にして形成されることに関する。A second intention according to the invention is that the three-dimensional airfoil maintains the desired two-dimensional pressure area and thus How can a 3D wing be designed to produce the desired lift and minimum drag? It relates to being formed based on shape.

第4図は、二次元翼形が三次元翼16に配置される方法を機動速度は気流が下流 に流れるにつれて増加する。更に、有効気流成分が翼を直線で切断した時に得ら れない表面形状に作用する。任意の翼における等価二次元翼形は、翼弦に沿う数 々の位置で、局所後退線に直交する翼弦線を構成すること1こよって発生される 。有効翼形状を構成する式は、湾曲弦C8−0及び気流方向弦長の比率を使用し て得ることができる。FIG. 4 shows how the two-dimensional airfoil is placed on the three-dimensional airfoil 16 so that the maneuver speed is determined by the airflow downstream. increases as the flow increases. Furthermore, the effective airflow component is obtained when the wing is cut in a straight line. It acts on the surface shape that is not visible. The equivalent two-dimensional airfoil shape for any wing is the number along the chord. This is generated by constructing a chord line perpendicular to the local recession line at each location. . The formula for configuring the effective blade shape uses the ratio of the curved chord C8-0 and the chord length in the airflow direction. You can get it.

及び Y 2−D −Y mtreamwis*(C!−D/ Cst +*a+mw i we) (8)但し、x−x−y面における点の横軸、Y−X−Y面におけ る点の縦軸、 C−翼断面の弦長さ、 Δ10.−スパン方向母線の局所後退角、AB=前縁での後退角、及び ATt−後縁での後退角。as well as Y2-D-Y mtreamwis*(C!-D/Cst+*a+mw i we) (8) However, the horizontal axis of the point in the x-x-y plane, in the Y-X-Y plane The vertical axis of the point, C - Chord length of the wing cross section, Δ10. - the local sweepback angle of the spanwise generatrix, AB = sweepback angle at the leading edge, and ATt - Retraction angle at trailing edge.

従って、第4図の翼16の三次元形状は、前縁18及び翼16の弦に沿う一連の 位置で翼16のスパン方向母線28B、28C及び28Dである局所後退線に直 交する斜行翼弦線を構成した湾曲線24に沿って翼における翼形を配置すること によって定義される。Therefore, the three-dimensional shape of the wing 16 in FIG. 28B, 28C, and 28D of the wing 16. Arranging the airfoil shape of the wing along the curved line 24 that constitutes the intersecting oblique chord line. defined by

通常、必要な撚り配分は翼立体図に含まれることも要求される。後退翼は、根元 が通常正の角度を持っているが、翼端が根元に対して負の角度を持っている。Typically, the required twist distribution is also required to be included in the wing profile. The swept wing is the root normally has a positive angle, but the wing tip has a negative angle with respect to the root.

翼形状が翼における翼形を配置して定義された後、気流方向の切断が当業者にと って公知な方法で設計形状から実施されて、翼の揚力用に翼外形を決定する。し かし、設計翼形が湾曲線24に沿って発見されるので、衝撃波が好ましい位置で 現れ、三次元翼の翼形断面性能が二次元翼形の性能に非常に近接する。After the airfoil shape has been defined by placing the airfoil on the airfoil, cutting in the airflow direction is within the skill of those skilled in the art. is carried out from the design shape in a known manner to determine the wing profile for the lift of the wing. death However, since the design airfoil is found along the curved line 24, the shock wave is located at a favorable location. As a result, the airfoil cross-sectional performance of a three-dimensional airfoil approaches that of a two-dimensional airfoil.

これは、設計翼形が1個の特定のスノくン方向母線例えばl/4弦長のスパン方 向母線に直交して翼に通常配置される従来の設計手順に対比して輪郭がはっきり している。This means that the design airfoil has one specific direction generatrix, for example, a span of 1/4 chord length. Clear contours as opposed to traditional design procedures where wings are typically placed perpendicular to the generatrix. are doing.

設計翼形は、通常翼の根元から翼の翼端まで変化することが理解される。例えば 、根元の翼形が12%の゛オーダの厚さを有し、翼端の翼形゛が8%のオーダの 厚さを有してもよい。この場合、上記の略述設計手順は、実際種々の翼形が種々 の場所で存在するので、翼スパンに沿う種々の場所で繰り返される。従って、翼 形状が翼スパンに沿って変化しなければならなし1更に複雑な翼室体形にとって 、本発明の設計手順が翼スノくンl;沿って種々の点毎に繰り返されることが理 解される。It is understood that the design airfoil typically varies from the root of the wing to the tip of the wing. for example , the root airfoil has a thickness on the order of 12% and the tip airfoil has a thickness on the order of 8%. It may have a thickness. In this case, the above abbreviated design procedure may actually , so it is repeated at various locations along the wing span. Therefore, wings The shape must change along the wing span.1 For more complex wing body shapes, , it makes sense that the design procedure of the present invention is repeated at various points along the wing. be understood.

第5A図〜第5F図は、前述したように本発明による設計手順を有効とする相関 研究を示している。有効二次元翼形1よ、40°の前縁後退角及び第7式及び第 8式を使用しf二M=0.689でCL=1.7の等価2−D状態用に設計され たλ= C+ + p/ Cr @ @ rの翼先細比率を有する第5G図に示 された平板状の経験的翼30から抽出される。第1表は、気流方向の翼弦32に 沿って実施された第5A図〜第5F図の6個の場合毎の翼衝撃波の後退角及び弦 位置を形成している。これら後退角は、第1式で変換するために使用された実際 の航空力学的後退角、有効直交に対する解放気流マンノ1数(M−0,90)或 は二次元マツハ数である。各場合において、掃引毎に基準化された翼形揚力係数 は翼の揚力係数と適合することが要求された。衝撃波が存在しない時(M−0, 70)には1/4弦後退角が使用される。FIGS. 5A to 5F show correlations that make the design procedure according to the present invention effective as described above. Shows research. Effective two-dimensional airfoil 1, leading edge sweep angle of 40° and Equation 7 and Designed for an equivalent 2-D state with f2M = 0.689 and CL = 1.7 using Eq. The blade taper ratio shown in Fig. 5G is λ=C++p/Cr@@r. is extracted from the flat plate-shaped empirical wing 30. Table 1 shows that for chord 32 in the airflow direction. Sweeping angle and chord of the wing shock wave for each of the six cases of Figures 5A to 5F carried out along forming a position. These sweepback angles are the actual values used to convert in Eq. The aerodynamic sweep angle of is a two-dimensional Matsuha number. In each case, the airfoil lift coefficient normalized per sweep was required to match the lift coefficient of the wing. When there is no shock wave (M-0, 70) uses a 1/4 chord sweepback angle.

第5A図〜第5F図に示すように、経験的三次元翼の圧力領域及び例えば本発明 による後退先細理論と結谷した二次元コーン・ガラベディアン解析間の合意が良 好である。As shown in FIGS. 5A-5F, the pressure regime of an empirical three-dimensional airfoil and, for example, the present invention There is good agreement between the backward taper theory and the tied two-dimensional cone-Garabedian analysis. It's good.

本発明の第3の意図によれば、設計された三次元翼の性能評価を改良することが 可能である。気流の模擬技術を含む従来の設計評価手順を使用して、二次元抵抗 が全体の翼抵抗を予想するために他の翼抵抗成分に単純に追加される揚力を持つ 固定数である。本発明によれば、衝撃波が非常に深刻な状態で発達した時に、翼 を後ろに移動させて、有効後退角を低下させ、抵抗を増加させることが認識され る。従って、翼は、現実に立体的後退角を持っていないが、翼の状態を操縦速度 の強さで変化させる航空力学的後退角を持っている。翼外形抵抗CD、が次のよ うに計算できる。According to a third aspect of the present invention, it is possible to improve the performance evaluation of designed three-dimensional airfoils. It is possible. Two-dimensional resistance using traditional design evaluation procedures including airflow simulation techniques has lift simply added to the other wing drag components to predict the overall wing drag. It is a fixed number. According to the invention, when the shock wave develops in a very severe condition, the wing It is recognized that moving the Ru. Therefore, the wing does not actually have a three-dimensional sweep angle, but the wing state is determined by the maneuvering speed. It has an aerodynamic sweep angle that varies with the strength of. The wing contour resistance CD is as follows. I can calculate it.

Cop−CCax−o Cats−o)cos3Ashaahwave (9) 全体の抵抗C0が次の式から得られる。Cop-CCax-o Cats-o) cos3Ashaahwave (9) The overall resistance C0 is obtained from the following equation.

Co−Cos+Co++Cop (10)但し、Cd!−D−二次元抵抗係数、  −C□、−D−二次元摩擦抵抗係数、 CD*=外形ゼロ−揚力抵抗、及び C0,=揚力誘導抵抗。Co-Cos+Co++Cop (10) However, Cd! -D-two-dimensional drag coefficient, -C□, -D-two-dimensional frictional resistance coefficient, CD*=zero profile-lift drag, and C0, = lift induced resistance.

第7図は、本発明による後退先細理論を実行することによって経験的翼に達成し た抵抗予想改良を示している。所定の揚力係数にとって、風洞実験で発見された 実際の抵抗は、単純後退理論が翼形外形抵抗レベルを形成する時に予想されたも のより高い。しかし、本発明による後退先細理論が翼形外形抵抗レベルを形成す る時には、理論及び実験間の一致が貴重である。FIG. 7 shows the results achieved in the empirical wing by implementing the backward taper theory according to the present invention. This shows an improved resistance prediction. For a given lift coefficient, as discovered in wind tunnel experiments, The actual drag is what would be expected when simple sweep theory forms the airfoil profile drag level. Higher than. However, the swept-taper theory according to the present invention shapes the airfoil profile resistance level. Agreement between theory and experiment is valuable when

本発明による設計手順がたとえ使用された後でも、計算されI;三次元翼性能が 、予想性能に要望されたものより近付かなくても、衝撃波位置(有効後退角)、 圧力域及び抵抗の最適合同物を発見するために1つ以上の企てが要求されてもよ い。このような出来事時には設計が変更できる。もし、バウア・ガラベディアン ・コーン・ジャムソン(BGKJ)コードC或は前述のハイネスによる論文で設 定された他のコード)のような解析技術は、所望の結果が得られなかったことを 示したならば、例えば衝撃波の位置或は設計速度或は翼形状が変更できる。従っ て、実際の試作機が構築されて、風洞実験で検査される前に、選択された設計に たどり着く数々の反復設計ができる。Even after the design procedure according to the invention is used, the calculated I; three-dimensional wing performance , the shock wave position (effective sweepback angle), even if it is no closer than expected performance than desired. More than one attempt may be required to find the optimal combination of pressure range and resistance. stomach. The design can be changed in the event of such an event. If Baur Garabedian ・Kohn-Jamson (BGKJ) code C or the above-mentioned paper by Hynes Analytical techniques such as If indicated, for example, the shock wave position or the design speed or the airfoil shape can be changed. follow the selected design before the actual prototype is built and tested in the wind tunnel. A number of iterative designs can be achieved.

本発明の設計手順は、二次元設計性能が三次元質に得られることを確保するため に広い範囲の飛行機の翼に使用してもよい。The design procedure of the present invention ensures that the two-dimensional design performance is obtained in three-dimensional quality. May be used on a wide range of airplane wings.

現在奉仕中及び将来用に計画され、超音速輸送及び超音速範囲の戦闘機を除いた 殆どの全飛行機は、離陸及び着陸を除いた殆どの全飛行時間中遷音速で操作でき る。従って、本発明は、定期便及び重役用ジェットのような輸送機用の翼の設計 、及び画業者が公知な方法で設計要求を単に変更して遷音速領域で操作する非常 に操縦し易い戦闘機に応用してもよい。Currently in service and planned for the future, excluding supersonic transport and supersonic range combat aircraft Almost all airplanes can operate at transonic speeds for most of their flight time, excluding takeoff and landing. Ru. Accordingly, the present invention provides wing designs for transport aircraft such as airliners and executive jets. , and extreme cases where the painter simply changes the design requirements in a known manner to operate in the transonic region. It may also be applied to fighter aircraft, which are easy to maneuver.

FIG、 [ 2ズ尤解祈用のWE 有苅マツへ枚 FIG、7 ooOa:A実験 把 坑 係 数 、 C0 国際調査報告FIG, [ WE for the 2nd year's resolution prayer to Matsu Arikari FIG.7 ooOa: A experiment Number of pit workers, C0 international search report

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.前記翼の性能要求を定義し、この性能要求を使用して通常の翼の寸法を導入 し、 前記翼上の衝撃波の実際の位置に関して該翼の航空力学的後退角を決定し、 翼形断面毎の二次元マッハ数が三次元マッハ数に前記航空力学的後退角の余弦値 を乗算して求められ、二次元揚力係数が三次元揚力係数を前記航空力学的後退角 の余弦値の2乗値で割り算して求められ、二次元翼形の形状が前記二次元マッハ 数及び前記二次元揚力係数要求を基礎として決定され、 三次元における翼の断面形状が翼の翼弦線に沿った一連の位置で、翼の局所後退 線と直交する斜行翼弦線の湾曲構造に沿って翼における翼形を配置して定義され ることを特徴とする遷音速飛行翼の設計方法。1. Define performance requirements for the wing and use this performance requirement to introduce normal wing dimensions death, determining an aerodynamic sweep angle of the wing with respect to the actual position of the shock wave on the wing; The two-dimensional Mach number for each airfoil cross section is the cosine value of the aerodynamic sweep angle in the three-dimensional Mach number. The two-dimensional lift coefficient is obtained by multiplying the three-dimensional lift coefficient by the aerodynamic sweep angle. The shape of the two-dimensional airfoil is calculated by dividing the cosine value of determined on the basis of the number and the two-dimensional lift coefficient requirement, The cross-sectional shape of the wing in three dimensions is determined by the local recession of the wing at a series of locations along the chord line of the wing. It is defined by arranging the airfoil shape of the wing along the curved structure of the oblique chord line that is perpendicular to the chord line. A method for designing a transonic flight wing characterized by: 2.前記航空力学的後退角が衝撃波の実際の位置によって決定される請求の範囲 第1項記載の方法。2. Claims in which the aerodynamic sweepback angle is determined by the actual position of the shock wave. The method described in paragraph 1. 3.前記翼は、根元からの距離の関数として翼用の撚りを計算し、この計算され た擦りに従って三次元における翼の形状を変更させる段階を備えた請求の範囲第 1項或は第2項記載の方法。3. The wing calculates the twist for the wing as a function of distance from the root and this calculated Claim 1 comprising the step of changing the shape of the wing in three dimensions according to the friction. The method described in item 1 or 2. 4.前記方法が前記翼の根元から翼端までの複数の位置の各々毎に形成される請 求の範囲第1項から第3項までのいずれかに記載の方法。4. The method may be performed at each of a plurality of positions from the root of the blade to the tip of the blade. The method according to any one of claims 1 to 3. 5.二次元気流模擬技術によって、三次元における翼の性能を評価して、予想性 能結果を生成し、この予想性能結果に従って前記翼を改良する請求の範囲第1項 から第4項までのいずれかに記載の方法。5. Evaluate blade performance in three dimensions using secondary flow simulation technology to improve predictability Claim 1: generating performance results and improving the wing according to the expected performance results. to the method described in any of paragraphs 4 to 4. 6.前記評価及び改良段階が繰り返される請求の範囲第5項記載の方法。6. 6. The method of claim 5, wherein said evaluation and refinement steps are repeated. 7.前記性能を評価する段階は、次の関係に従って、CDp=(Cd2−D−C df2−D)cos3Λshockwave全体の抵抗CDが次の式から得られ る。 CD=CDa+CDi+CDp 但し、Cd2−D=二次元抵抗係数、 Cdf2−D=二次元摩擦抵抗係数、 CD0=外形ゼロ−揚力抵抗、及び CDi=揚力誘導抵抗、 外形抵抗を評価する段階を含む請求の範囲第5項或は第6項記載の方法。8.前 記翼における翼形を配置する段階は、次の関係に従って、(Cstreamwi se/C2−D)=(X/C)[(1/cosΛlec(1+tanΛlec・ tanΛLE))]+(1−(X/C))[(1/cosΛlec(1+tan Λlec・tanΛTE))]及び Y2−D=Ystreamwise(C2−D/Cstreamwise)但し 、X=X−Y面における点の横軸、Y=X−Y面における点の縦軸、 C=翼断面の弦長さ、 Λlec=スパン方向母線の局所後退角、ΛLE=前縁での後退角、及び ΛTE=後縁での後退角。 形成される請求の範囲第1項から第7項までのいずれかに記載の方法。7. The step of evaluating the performance is performed according to the following relationship: CDp=(Cd2-D-C df2-D) The resistance CD of the entire cos3Λshockwave is obtained from the following formula: Ru. CD=CDa+CDi+CDp However, Cd2-D=two-dimensional resistance coefficient, Cdf2-D=two-dimensional frictional resistance coefficient, CD0 = Zero contour - Lift resistance, and CDi = lift induced resistance, 7. The method according to claim 5 or 6, comprising the step of evaluating external resistance. 8. Before The step of arranging the airfoils in the airfoil is performed according to the following relationship: se/C2-D)=(X/C)[(1/cosΛlec(1+tanΛlec・ tanΛLE))]+(1-(X/C))[(1/cosΛlec(1+tan Λlec・tanΛTE))] and Y2-D=Ystreamwise (C2-D/Cstreamwise) However , X=horizontal axis of the point in the X-Y plane, Y=vertical axis of the point in the X-Y plane, C = Chord length of the blade cross section, Λlec = local sweepback angle of the spanwise generatrix, ΛLE = sweepback angle at the leading edge, and ΛTE = Sweeping angle at trailing edge. 8. A method according to any of claims 1 to 7, in which:
JP50407387A 1986-06-02 1987-05-29 Transonic wing design procedure Pending JPH01500742A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US86939886A 1986-06-02 1986-06-02
US869,398 1986-06-02
US041,936 1987-04-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH01500742A true JPH01500742A (en) 1989-03-16

Family

ID=25353478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP50407387A Pending JPH01500742A (en) 1986-06-02 1987-05-29 Transonic wing design procedure

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0271561A4 (en)
JP (1) JPH01500742A (en)
WO (1) WO1987007576A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102530236B (en) * 2012-03-03 2014-02-05 西北工业大学 Central body of tailless blended wing body aircraft
CN104772913B (en) * 2015-04-22 2017-02-01 哈尔滨工业大学 Design method for multi-steady-state deformable switch structure
CA3007435A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Bombardier Inc. Blended wing body aircraft
CN107391891B (en) * 2017-09-05 2020-07-07 北京理工大学 Large-aspect-ratio wing optimization design method based on model fusion method
RU2662590C1 (en) * 2017-09-21 2018-07-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Aircraft wing
RU2662595C1 (en) * 2017-09-21 2018-07-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Aircraft wing
RU2717405C1 (en) * 2019-08-16 2020-03-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Aircraft wing
CN112926132B (en) * 2021-01-28 2022-11-04 西北工业大学 Fixed wing airfoil aerodynamic shape design method considering influence of three-dimensional effect

Also Published As

Publication number Publication date
WO1987007576A1 (en) 1987-12-17
EP0271561A4 (en) 1989-10-27
EP0271561A1 (en) 1988-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kenway et al. Multipoint aerodynamic shape optimization investigations of the common research model wing
Jung et al. Experimental investigation of wing-in-ground effect with a NACA6409 section
Hooker et al. Over wing nacelle installations for improved energy efficiency
Slotnick Integrated CFD validation experiments for prediction of turbulent separated flows for subsonic transport aircraft
Cosentino et al. Numerical optimization design of advanced transonic wing configurations
Qin et al. Numerical study of active shock control for transonic aerodynamics
Délery et al. The physics of shock wave/boundary layer interaction control: last lessons learned
JPH01500742A (en) Transonic wing design procedure
Henne Applied computational aerodynamics
Peterson Impact of computers on aerodynamics research and development
Sheng et al. S-76 rotor hover predictions using advanced turbulence models
Tejero Embuena et al. Passive flow control application for rotorcraft in transonic conditions
Saunders et al. Transient lift force on a blade during cutting of a vortex with non-zero axial flow
Soundararajan et al. Numerical study on strut insertion based thrust vectoring control system
Noelting et al. The Lattice-Boltzmann method: an alternative to LES for complex aerodynamic and aeroacoustic simulations in the aerospace industry
Merabet et al. Actuator line method for helicopter rotors computations in various flight conditions
Selvaraj et al. Optimisation of swept angles for airfoil NACA 6-series
Kraljic et al. Stall of airfoils with blunt noses at low to moderately high Reynolds numbers
Patel et al. Airfoil Design for Rotors in the Low Reynolds Number Regime
Chaudhari Assessing flight performance of a supersonic airliner with swing wing capabilities using energy maneuverability theory
Szczepaniak et al. The effect of using the Kline-Fogleman modification upon the coefficient characteristics of aerodynamic forces in the airfoil
Ambarita et al. CFD analysis forward wingtip fence for lift and drag characteristics of airfoil NACA 4415 moderate taper wing
Hadidoolabi et al. Computational Investigation of Vortex Breakdown over a Pitching Delta Wing at Supersonic Speeds
Nahar et al. AERODYNAMIC ANALYSIS OF RAMP TYPE VORTEX GENERATOR ON NACA 2215 AIRFOIL
Bodkin Numerical Analysis of a Circulation Control Wing