支撑方式对短舱_进气道的气动影响研究-飞行器动力专业毕业设计开题报告.doc

南京航空航天大学毕业设计（论文）开题报告题 目支撑方式对短舱/进气道的气动影响研究学 院能源与动力学院专 业飞行器动力学生姓名李升东学号021210808指导教师李博职称副教授毕设地点动力楼4172016年 03月 04 日1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写15002000字左右的文献综述：选题的背景及意义：大型民用飞机的发动机一般采用吊挂式发动机短舱布局，其进气道是典型的亚声速进气道，具有圆滑的唇口，流线形的外罩，较短的内部流道。由于短舱长度短，在开展风洞试验研究时，有必要设计合理的模型支撑方式，以尽量减小支撑对短舱的气动影响。 除了对短舱的影响，支撑方式对进气道的影响也是研究的重点。飞机进气道性能的好坏直接影响到发动机所产生的推力大小以及发动机能否正常工作，进而制约着飞机的综合作战性能和安全性，进气道与发动机的相容性则是其中的关键因素之一。对于确定的发动机来说，要准确弄清进气道与之的相容性，就必须弄清在所有主要影响因素条件下进气道与发动机流量匹配情况，进气道内部流场的稳态、动态畸变等问题1。在飞行器模型的风洞试验中，种类的不同，采用的支撑方式就不一样。不同的支撑方式的干扰，对进气道气动性能影响也不一样。例如常规风洞实验中所采用的腹部支撑方式，在进行大迎角试验时，其对进气道的影响比与采用尾部支撑方式有所不同1；而且在风洞试验中，在不同的支撑方式下，进气道的状态也会有所不同，风洞的使用状态也会受到影响。因此，研究不同支撑方式对进气道/短舱的影响就十分有意义，本研究拟通过流场数值仿真，分析比较不同支撑方式对短舱/进气道的气动影响，为发动机短舱的风洞试验研究提供参考。国内外研究现状：经过多年的对支架干扰的研究，可以得出不同的支撑方式对风洞实验的干扰是不同的。在基于张线尾撑的进气道低速风洞试验中，巫朝君研究员采用了引射器张线尾撑方案与常规腹撑方案对比试验，得到的结果表明：两种试验方案的结果规律一致；在进气道与发动机流量匹配点附近，采用引射器张线尾撑方案得到的总压恢复系数高于后者约，而综合畸变指 数 低 于 后 者 约。这 主 要 是 采 用 引射器张线尾撑一体化方案时， 支撑装置体积相对较小，总体阻塞度小于腹撑装置的阻塞度，且模型一直处于中心流场，进气口局部流场受支撑装置等的影响较小的原因，这对开展大迎角进气道试验是有利的1。研究中进给出了两种不同支撑方式对进气道的影响，因此还需要进行研究，才能得到详尽的研究成果。在低速风洞实验中，飞行器模型的支撑方式是多种多样的，有尾撑、腹撑、背撑等。在低速大迎角风洞试验中，飞行器模型多采用尾部支撑方式。传统的飞机尾支撑试验技术由于无法较为准确地获得尾支撑系统对试验结果的干扰量， 在给出飞机尾支撑试验结果时，没有扣除相应的支撑系统的干扰。因此，风洞实验中，研究尾部支撑方式的干扰就显得十分的必要。为了减小或消除支撑系统对试验结果的影响，在中国空气动力研究与发展中心 3 . 2m 风洞中，王勋年研究员等用利用张线支撑系统进行有预弯接头的尾撑支架的干扰研究，得到的研究结果表明：同样是尾部支撑方式，采用的预弯型式不同，其支架干扰量差异较大，特别是预弯接头地对支架干扰量的影响比较大。为了验证预弯尾支杆干扰结果的正确性，开展了直尾支杆的干扰研究。直尾支杆对大迎角的干扰比较小，主要影响升阻特性，对俯仰力矩和横侧向特性的干扰相对比较小，特别是对滚转力矩的干扰更小。这样的研究只是初步对尾撑支架干扰进行了初步验证，因此，还需要进一步提高低速大迎角试验数据的质量，掌握支架干扰规律。2012年，祝明红，孙海生，金 玲，汤 伟，刘志涛等在上述研究中，对 3 . 2m 风洞张线尾撑系统进行了支架干扰试验研究，得到了张线尾撑装置的横梁对飞机纵向的远场干扰量较小，大迎角区域内尾支杆对飞机纵向的近场干扰量较大；迎角小于 15 范围内，支架使飞机偏航力矩系数减小、滚转力矩系数增大，随侧滑角增大支架干扰量增大；去掉立尾后尾支杆对俯仰力矩的干扰明显减小的研究结果2。虽然此次研究得出了比较好的数据及规律，但是为了真实准确扣除支架干扰量 ，针对不同外形飞机还是需要开展相应的支架干扰研究。常规的低速风洞实验中，运输类飞机由于机体尾部的流场十分重要，同时风洞试验多使用塔式机械天平，所以一般采用腹部支撑方式。由于腹部支撑系统一般都有较大的风挡和高强度的支杆，而且多位于机翼附近，支架的存在必然会使模型的绕流场发生变化，试验测量结果与理想无支架情况不同。而且，腹撑系统带来的干扰量比其它支撑方式大，对于某些气动参数的干扰可能比模型本身的气动力还要大。所以有必要分析腹部支撑带来的干扰量，为风洞试验支架干扰修正和支撑方式优化提供参考依据。白 峰、胡 冶研究员对某型运输飞机低速风洞试验的支架干扰修正进行分析，数值模拟了支架对风洞流场环境的影响，研究了现行风洞数据支架干扰修正体系。得到的结论是：低速风洞模型腹撑支架对试验数据的影响是不可避免的，支架与模型之间的干扰十分复杂，与风洞品质和模型形式有很大关系。此次研究通过风洞试验结果结合数值计算，发现腹撑支架对气动数据的影响规律明显，且试验的影响量级和计算结果相当，可作为后期风洞试验判断支架干扰的经验4。要得到更加精确的实验数据，还需要进一步优化支撑结构和进行更多的风洞实验。随着先进战斗机推力矢量技术的发展，开展推力矢量喷流与飞机绕流之间的干扰研究，和矢量喷流对不同布局形式飞机及各部件气动力特性的影响等项目的风洞试验研究日益增多。低速风洞进行大迎角推力矢量试验时，背撑供气支撑是主要采用的支撑形式，这种支撑方式对试验模型的气动干扰量的修正虽然不影响矢量喷流对飞机气动特性的影响量, 但直接影响试验测量准度。高 静，李 聪，杨 勇，曲芳亮等进行的FL-8 低速风洞进行大迎角推力矢量试验中，测定了背撑系统对两种军机模型气动力测量的影响, 探讨了几种不同形式的假背支杆及背撑支架( 弯刀和拖箱)对飞机气动力的干扰特性。实验结果分析可得：背支杆在中等迎角以后(25o)对模型的升力、阻力产生较大的负干扰并引起俯仰力矩的改变，其干扰影响主量是由背支杆的主支杆头部分引起的，特别是靠近模型部分的支杆头形状与模型间隙大小等影响更明显。大迎角时弯刀和拖箱对模型升力和阻力的干扰均为负值,但量级较小,对于尺寸较小的模型,由于弯刀和拖箱与模型底部相对距离变大,碰不到脱体涡尾流,其干扰量会更小。低速风洞试验模型采用背支撑系统，干扰总是存在的，设计合理的背支撑系统，可以使干扰量稳定，在试验中可以较准确地扣除5。但是实验只是初步的确定干扰量，还需要进行大量不同的风洞试验才能获得精确的数据。参考文献：1 巫朝君，孔 鹏，王勋年，卢翔宇，陈辅政。基于张线尾撑的进气道低速风洞试验技术研究J.实验流体力学，2012,26(2)。2 王勋年，祝明红，孙传宝。低速大迎角尾撑支架干扰试验研究J.实验流体力学，2007,21(2)。3 祝明红，孙海生，金 玲，汤 伟，刘志涛。低速大迎角张线尾撑系统支架干扰影响研究J.实验流体力学，2011,25(3)。4 白 峰，胡 冶。低速风洞试验腹撑支架干扰分析J.民用飞机设计与研究，2012。5 高 静，李 聪，杨 勇，曲芳亮。低速风洞推力矢量试验背撑干扰特性试验研究J.实验流体力学，2005,19(3)。6 M D Mark and J H McMasters High Reynolds number testing in support of transport airplane development R AIAA923982，19927 B H Chang，A new method of blockage correction for a large blockage model in wind tunnel test，AIAA 200208812. 毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：拟研究或解决的问题：（1）设计简化的短舱进气道气动型面；（2）生成单独短舱进气道的三维计算网格；（3）采用CFD软件进行设计状态流场仿真并分析；（4）设计不同的短舱支撑方案；（5）生成带支撑的短舱进气道三维计算网格；（6）计算不同支撑方案的短舱进气道流场并比较分析其优缺点；（7）采用最佳的支撑方案计算短舱进气道典