中高速条件下不同翼尖小翼的数值模拟分析

王 辉，陈泽洲

（中国民航大学航空工程学院，天津 300300）

减阻技术是机翼优化设计的关键一环，对降低翼尖涡引起的诱导阻力具有重要意义[1-2]。诱导阻力在飞机飞行过程中占总阻力的30%以上，在飞机起降和爬升阶段甚至可以占到总阻力的70%[3-4]。在减少翼尖小翼诱导阻力的研究中，改变翼尖小翼结构占主要地位。如B737 翼尖经历了多次改型，先后推出了双羽式、融合式和鲨鳍式小翼，空客A320 翼尖也同样经过多次改变。波音公司即将在B777 中使用新型的可弯折式翼尖变体小翼，进一步推动了翼尖小翼在民机领域的探索[5]。

飞机在飞行过程中的飞行状态包括起飞、爬升、巡航、下降与着陆5 个阶段。针对翼尖小翼开展诱导阻力的早期研究主要围绕高速巡航阶段展开[6]。近年来，随着短程客机航线不断增加，针对飞机中高速爬升和下降状态下翼尖小翼的诱导阻力研究备受关注。张庆峰等[7]针对融合式翼尖小翼分别采用不同几何参数对起降、爬升、巡航3 个状态进行模拟，发现了最佳变体小翼参数设定范围。Cooper 等[8]通过改变不同翼尖参数开展模拟计算，实现了整体航线飞行油耗减少2%的效果。但现有研究主要围绕某一类型小翼的参数和安装方式等变化所带来的气动性能改变开展研究，而对不同类型的翼尖小翼在中高速条件下气动特性对比研究还较少。基于此，选用端板式、融合式、斜削式、双羽式4 种翼尖小翼，采用k-ω 剪切力运输（SST，shear stress transfer）两方程模型，通过数值模拟相同展长的翼尖小翼在中高速飞行条件（Ma=0.6）下的压力分布云图、压力等值面方图和翼尖流场特性，对比分析了4种翼尖小翼与翼尖延伸的减阻效果与气动特性。……