多段翼型

多段翼型

多段翼型(multi-element airfoil)指的是機翼為增升效果而添加副翼、襟翼和縫翼等翼面而組成的多段機翼,因而多段翼型也叫做高升力翼型。

基本介紹

  • 中文名:多段翼型
  • 外文名:multi-element airfoil
  • 定義:由主翼、襟翼等組成的多段翼
  • 作用:增加機翼升力
  • 一級學科:航空科技
  • 二級學科:航空器
簡介,二元多段翼型氣動特性,

簡介

最大升力係數Clmax對飛機的性能有重要的影響。對於一個完整的飛行器,最大升力係數決定了它的失速速度。為了說明這一點,可以考慮一個處於平衡狀態的飛行器,它所受到的升力等於它本身的重力w,用公式表示為
。這就是飛行器能保持飛行狀態的最低速度,即失速速度Vstall,出現在升力係數達到最大值時。它的計算式為
。因此,無論想要獲得更低的失速速度還是要在一定速度下獲得更高的有效載荷,提高其翼型的最大升力係數使非常重要的。
既然對於某種翼型來說,Clmax在給定雷諾數的情況下只是它形狀的函式,那么除了調節雷諾數和它的形狀之外,想要提高Clmax的值就需要求諸於其他的方法了。這些特別的方法包括襟翼和(或)前緣襟翼的套用;這也被稱為高升力翼型或者多段翼型。它們的流場結構和升力力矩係數也可以用修正的面元法計算。

二元多段翼型氣動特性

二元多段翼型的氣動特性,同樣受到了雷諾數的影響,針對前緣縫翼-主翼-襟翼組合模型進行分析,並且局限於二元流狀態。圖1給出了該種多段構型的典型流態,不管採用什麼樣的縫結構都沒有提供高能空氣以加速低能的邊界層,但是,縫在改善流動特性方面,A.M.O.Smith總結出至少五種有利作用:
多段翼型
圖1
(1)下游翼段的存在,如主翼對於前緣縫翼,後緣襟翼相對於主翼,在上游翼段上誘導出比較大的環量。
(2)上游翼段的後緣所在流場的當地速度明顯大於自由流速度,因此減少了由於邊界層造成的上游翼段上表面的壓力升。
(3)上游翼段的存在降低了下游翼段上的吸力峰值。
(4)上游翼段的尾跡大部分處於無粘多段縫翼造成的加速流場中,使尾跡離開了下游翼段的表面,與位於表面相比,處於更有效的狀態。
(5)對於每一個翼段,邊界層從前緣開始,相對較薄,有利於克服給定的逆壓梯度。
高升力裝置工作的本質在於巧妙利用了無粘流,而粘性影響對所取得結果進行了修正和限制。由此可以看出,每段縫翼存在許多可能的雷諾數影響,這些影響因素中的許多是內部相關的,有時不能直接清楚辨別出造成失速的關鍵因素,但可列出其可能的主要原因:
(1)在低雷諾數,前緣縫翼上可能存在一個分離氣泡,對於大載荷前緣縫翼可能是激波誘導分離泡,隨著雷諾數增加,如前述,這種分離有可能突然變為前緣縫翼後緣前的分離,而且這種變化幾乎是不連續的,由氣泡起支配作用的流型變為通常的後緣分離流型。這種流型在風洞試驗中也不是明顯可觀察到的,因前緣縫翼的尾跡很厚,幾乎吞沒了主翼且引起了分離。
(2)無論是前緣縫翼還是主翼上背風處的凹灣部分都將引起分離,這些分離非常敏感於雷諾數的變化。
(3)失速是由主翼的襟翼罩後緣前的分離引起,這種失速類似於單段厚翼型後緣失速,失速的趨勢可能由於主翼前緣分離氣泡的存在而加重,襟翼罩上的分離時由存在於峰值吸力和襟翼罩後緣間的壓力升引起,這種分離也受到了襟翼分離和前緣縫翼尾跡與主翼邊界層干擾的影響。隨著迎角的增加,後緣襟翼上的分離變得更明顯,減少了其上的環量,因此也減少了後緣襟翼上的峰值吸力,提高了主翼上表面的壓力升,加重了主翼上表面的分離。
(4)後緣襟翼所受氣流粘性影響非常敏感於雷諾數的變化,D.S.Wood Ward描述這種影響為縫隙流動支配型雷諾數效應,因為如不存在縫隙,就不會以近於相同的方式存在這種影響。

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