[发明专利]一种可改善大攻角分离特性的翼型构型

说明书

本发明公开了一种可改善大攻角分离特性的翼型构型及其设计方法，所述翼型构型包括主翼、椭圆翼，所述椭圆翼通过管弦结构设置在主翼的前缘点吸力面上，在来流的作用下，椭圆翼两侧产生交替的下泻涡；所述管弦结构包括第一固定环锁、第二固定环锁和旋转螺栓，其中第一固定环锁设置在主翼展向方向的25％处，第二固定环锁设置在主翼展向方向的75％处，旋转螺栓设置在主翼展向方向的100％处；本翼型构型在基本不消耗能量、产生附加阻力较小的情况下能够有效抑制翼型大攻角气流分离，提高翼型升力系数的同时降低阻力系数，具有可大幅提升翼型的升阻比，改善大攻角气动性能的特点。

技术领域

本发明涉及机翼气动外形设计技术领域，具体涉及一种可改善大攻角分离特性的翼型构型及其设计方法。

背景技术

在大攻角来流条件下，飞行器会出现大尺度的翼面流动分离现象，导致翼型的升力系数大幅降低，同时阻力系数提高，气动性能急剧恶化，且气流在翼型上边界层发生分离时，将会造成失速的严重后果，极易发生航空事故；因此，研究改善流场，抑制翼型流动分离的有效方案，对改善大攻角状态下飞行器的的机动性和安全性都具有重要意义；

流动控制的本质是通过对局部流动施加力、质量、能量等物理量，利用流体间流体动力的相互作用，引发流场的局部或全局流动改变；根据有无额外辅助能量消耗，流动控制方法可分为主动控制方法和被动控制方法两类；被动流动控制技术最典型的工程应用为涡流发生器，其主要控制机理为通过涡流发生器产生涡流向低能量的边界层传输能量，以达到克服逆压梯度、延缓气流分离的作用，进而可以增大机翼的失速攻角和最大升力系数，产生增升作用的代价为阻力的增大和升阻比的降低；除涡流发生器外开缝翼型、仿生结节及沟槽技术都属于被动流动控制的范畴。主动流动控制的控制方式为在流场内直接施加适当的扰动，与翼型本身绕流相互耦合来实现对流动的控制，其抑制气流分离的主要途径包括射流、吹气和吸气、释放等离子体等方式，和被动流动控制技术相比主动流动控制技术在非设计状态仍可以对翼型流动进行有效的控制，但相应地会增加飞行器的重量与能量消耗；翼型前缘振动椭圆翼构型作为一种流动控制方法，其工作原理与涡流发生器类似，常规的涡流发生器通常安装于机体表面，通过产生纵向涡来增加边界层内部流体与外部流体的混合，从而将动量传递给边界层，使处于逆压梯度中的边界层流场在获得附加能量后能够继续贴附在机体表面，达到延迟或消除流动分离的目的；

现阶段抑制翼型大攻角气流分离进而提升翼型气动性能的主要技术为流动控制技术，按照控制时是否需要外加能量，流动控制技术可以分为主动流动控制技术和被动流动控制技术两类；主动流动控制以合成射流、吹气吸气、释放等离子体等方式对翼型绕流进行控制，进而提升翼型的气动特性，其主要缺点为需要额外消耗能量，且在机翼内部布置主动流动控制的相关设备会增加飞行器的起飞重量，在一定程度上影响了飞行器的经济性能；被动控制技术包括被动型涡流发生器、失速带、襟翼和微型小插片、肋条等，其主要缺点为在对翼型绕流进行影响的同时会产生额外附加的阻力，且由于被动流动控制的控制方式及控制效果是预先设计完成的，在飞行器偏离设计状态的情况下被动流动控制无法正常发挥作用，甚至对翼型的气动特性产生不利影响。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种可改善大攻角分离特性的翼型构型及其设计方法，通过在翼型前缘附近加装微小的椭圆翼组合成复合翼，并赋予其以一定的振动形式，椭圆翼可对来流进行导向控制，与主翼进行能量交换，提高主翼抵抗流动分离的能力，以达到提升机翼失速攻角及改善大攻角气动特性的作用，本翼型构型在基本不消耗能量、产生附加阻力较小的情况下能够有效抑制翼型大攻角气流分离，提高翼型升力系数的同时降低阻力系数，具有可大幅提升翼型的升阻比，改善大攻角气动性能的特点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：