尾翼翼型对系留气球影响分析

张桂夫

摘 要

系留气球的球体一般由球身和尾翼组成，尾翼可以增加系留气球在有风情况下的稳定性，进而保证其安全系留。针对尾翼翼型对系留气球的影响，对四种不同尾翼翼型的系留气球进行仿真分析，讨论了翼型厚度和翼型弯度对系留气球升力、阻力和俯仰力矩的影响，进而为系留气球尾翼翼型的选取提供参考。

关键词

系留气球;尾翼翼型;升阻力;俯仰力矩

中图分类号： V273                   文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.028

Abstract

The tethered balloon is generally composed of the ball body and the tail. The tail can increase the stability of the tethered balloon under windy conditions，and then ensure its safe tethering.In view of the influence of tail airfoils on tethered balloons，four kinds of tethered balloons with different tail airfoils are simulated and analyzed，and the effects of airfoil thickness and airfoil curvature on lift，resistance and pitching moment of tethered balloons are discussed.This analysis provides a reference for the selection of tail airfoils of tethered balloons.

Key Words

Tethered balloon;Tail airfoil;Lift and drag;Pitching moment

0 引言

系留气球依靠其内部浮升气体升空，可以实现长时间空中驻留。作为一种高性价比的浮空平台，系留气球通过搭载不同种任务载荷广泛应用于预警探测、侦察监视、通信中继、环境观测等领域[1-3]。系留气球的尾翼可以增加系留气球在有风情况下的稳定性，对安全性起着至关重要的作用[4]。为研究尾翼翼型对系留气球的影响，本文应用Ansys Fluent对四种不同尾翼翼型的系留气球进行仿真分析，进而分析翼型厚度和翼型弯度对系留气球升力，阻力和俯仰力矩的影响。

1 仿真分析过程

1.1 模型建立和仿真设置

系留气球在实际使用中通常选用对称翼型，因此本文选用NACA-0014、NACA- 0018、NACA-0022三种不同厚度的对称翼型和NACA-6414非对称翼型作为系留气球的尾翼进行对比仿真。由于在实际应用中系留气球的尾翼为软式结构充气膨胀成型，为方便加工，通常对尾翼翼型末端进行修圆处理，本文模拟中采用在翼型弦长90%处进行修圆，翼型如图1（a）所示。模型建立过程中，左右尾翼分别为上尾翼向两侧旋转120度形成，如图1（b）所示。……