计算物理 ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (4): 401-415.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8612
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郭勇颜(), 曾志春, 何磊*(
), 何乾伟, 严雪琴, 赵钟
收稿日期:
2022-08-15
出版日期:
2023-07-25
发布日期:
2023-10-13
通讯作者:
何磊
作者简介:
郭勇颜, 男, 博士, 高级工程师, 研究方向为CFD计算方法和复杂流动的数值模拟研究与应用, E-mail: ugsytyc@ustc.edu
基金资助:
Yongyan GUO(), Zhichun ZENG, Lei HE*(
), Qianwei HE, Xueqin YAN, Zhong ZHAO
Received:
2022-08-15
Online:
2023-07-25
Published:
2023-10-13
Contact:
Lei HE
摘要:
基于国家数值风洞(NNW)风雷软件(PHengLEI), 针对AIAA第二届高升力会议DLR-F11全机构型开展气动特性数值模拟, 以评估软件对复杂高升力外形低速流动模拟能力。研究内容主要包括网格收敛性分析、雷诺数影响分析, 以及缝翼滑轨和襟翼滑轨整流罩影响分析。通过与试验结果、其他参考值对比分析表明: 对高升力外形, 软件在线性段的计算结果具有较高可信度, 在失速迎角附近的模拟结果也与参考值相当, 在考虑滑轨和滑轨整流罩等复杂构型后, 也能正确捕捉到关键分离流动特征。
郭勇颜, 曾志春, 何磊, 何乾伟, 严雪琴, 赵钟. DLR-F11高升力构型的数值模拟[J]. 计算物理, 2023, 40(4): 401-415.
Yongyan GUO, Zhichun ZENG, Lei HE, Qianwei HE, Xueqin YAN, Zhong ZHAO. Numerical Simulation of DLR-F11 High-lift Configuration[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2023, 40(4): 401-415.
Main dimensions | Half span/m | Wing Ref. area/m2 | MAC/m | Aspect ratio | Taper ratio | 0.25 Chord sweep/° | Fuselage length/m |
Value | 1.4 | 0.419 13 | 0.347 09 | -9.353 | 0.3 | 30 | 3.077 |
表1 DLR-F11构型几何尺寸
Table 1 The geometry details of DLR-F11 model
Main dimensions | Half span/m | Wing Ref. area/m2 | MAC/m | Aspect ratio | Taper ratio | 0.25 Chord sweep/° | Fuselage length/m |
Value | 1.4 | 0.419 13 | 0.347 09 | -9.353 | 0.3 | 30 | 3.077 |
图1 DLR-F11几何构型(a) Case 1几何构型;(b)Case 2几何构型;(c) Case 1部件;(d) Case 2部件
Fig.1 The geometry of DLR-F11 model (a) configuration of Case 1; (b) configuration of Case 2; (c) component of Case 1; (d) component of Case 2
grid name | 单元数/106 | 节点数/106 | 第一层网格高度/(10-7 m) | |
Case 1 | coarse | 15.15 | 5.99 | 7.0 |
medium | 24.87 | 8.71 | 6.1 | |
fine | 38.65 | 12.36 | 5.3 | |
Case 2 | coarse | 42.87 | 16.19 | 6.1 |
medium | 84.91 | 38.78 | 4.3 | |
fine | 170.32 | 59.09 | 3.1 |
表2 DLR-F11计算网格信息
Table 2 Details of computational grids of DLR-F11
grid name | 单元数/106 | 节点数/106 | 第一层网格高度/(10-7 m) | |
Case 1 | coarse | 15.15 | 5.99 | 7.0 |
medium | 24.87 | 8.71 | 6.1 | |
fine | 38.65 | 12.36 | 5.3 | |
Case 2 | coarse | 42.87 | 16.19 | 6.1 |
medium | 84.91 | 38.78 | 4.3 | |
fine | 170.32 | 59.09 | 3.1 |
图6 Case 1中7°迎角下典型站位的物面压力系数分布(a) 28.8%站位;(b) 54.3%站位;(c) 75.1%站位;(d) 89.1%站位(左:缝翼; 中:主翼; 右:襟翼)
Fig.6 Pressure coefficient distribution at typical locations for Case 1 with α=7° (a)spanwise location =28.8%;(b) spanwise location =54.3%; (c) spanwise location =75.1%;(d)spanwise location =89.1% (left: slat; middle: wing; right: fllap)
图8 Case 2气动力系数计算与试验结果(a) 升力系数随迎角变化;(b) 阻力系数随迎角变化;(c) 升力系数随阻力系数变化
Fig.8 Aerodynamic coefficient between CFD and experiment for Case 2 (a) CL vs α; (b) CD vs α; (c)CL vs CD
图9 低雷诺数Case 2Ⅰ气动力系数计算与参会结果(a) 升力系数随迎角变化;(b) 阻力系数随迎角变化;(c) 升力系数随阻力系数变化
Fig.9 Aerodynamic coefficient between PHengLEI and the other CFD softwares for Case 2Ⅰ(a) CL vs α; (b) CD vs α; (c)CL vs CD
图10 高雷诺数Case 2Ⅱ气动力系数计算与参会结果(a) 升力系数随迎角变化;(b) 阻力系数随迎角变化;(c) 升力系数随阻力系数变化
Fig.10 Aerodynamic coefficient between PHengLEI and the other CFD softwares for Case 2Ⅱ(a) CL vs α; (b) CD vs α; (c)CL vs CD
图11 Case 2,7°迎角下典型站位的物面压力系数分布(a)28.8%站位;(b) 54.3%站位;(c) 75.1%站位;(d) 89.1%站位(左:缝翼; 中:主翼; 右:襟翼)
Fig.11 Pressure coefficient distribution at typical locations for Case 2 with α=7° (a)spanwise location =28.8%;(b) spanwise location =54.3%; (c) spanwise location =75.1%; (d)spanwise location =89.1%(left: slat; middle: wing; right: fllap)
图12 Case 2, 18.5°迎角下典型站位的物面压力系数分布(a)28.8%站位;(b) 54.3%站位;(c) 75.1%站位;(d) 89.1%站位(左:缝翼; 中:主翼; 右:襟翼)
Fig.12 Pressure coefficient distribution at typical locations for Case 2 with α=18.5° (a) spanwise location =28.8%;(b) spanwise location =54.3%; (c) spanwise location =75.1%; (d) spanwise location =89.1%.(left: slat; middle: wing; right: fllap)
图13 Case 2Ⅰ壁面极限流线与试验油流图(a) 7°迎角;(b) 18.5°迎角;(c) 21°迎角
Fig.13 Surface streamlines between CFD and experiment for Case 2Ⅰ (a) α=7°; (b) α=18.5°; (c) α=21°
图14 Case 2Ⅱ空间流线(湍流粘性系数着色) (a) 16°迎角;(b) 18.5°迎角;(c) 21°迎角;(d) 22.4°迎角
Fig.14 Streamlines for space distribution for Case 2Ⅱ (colored by turbulent viscosity)(a) α=16°; (b) α=18.5°; (c) α=21°; (d) α=22.4°
图16 Case 2Ⅰ, 7°迎角下典型位置速度型分布(a) R1B1;(b) R1B2;(c) R2E1;(d) R2E2
Fig.16 Velocity profiles at typical locations for Case 2 Ⅰ with α=7° (a) R1B1;(b) R1B2; (c) R2E1; (d) R2E2
图17 Case 2Ⅰ, 18.5°迎角下典型位置速度型分布(a) R1B1;(b) R1B2;(c) R2E1;(d) R2E2
Fig.17 Velocity profiles at typical locations for Case 2Ⅰ with α=18.5° (a) R1B1; (b) R1B2; (c) R2E1; (d) R2E2
图18 21°迎角96%站位处压力分布(a) 缝翼;(b) 主翼;(c) 襟翼
Fig.18 Pressure coefficient distribution between Case 1 and Case 2Ⅱ at 96% span location with α=21° (a) slat; (b) wing; (c) flap
图19 21°迎角壁面极限流线(a) Case 1无滑轨;(b) Case 2Ⅱ有滑轨
Fig.19 Surface streamlines between Case 1 and Case 2Ⅱ with α=21° (a) Case 1: model with no slat track; (b) Case 2Ⅱ: model with the slat track
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