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舵面铰链力矩及其缝隙效应研究黄宗波,王勋年,章荣平荷。虽然舵面铰链力矩的数值计算和风洞试验相比实验流体学—,,引置舵面铰链力矩是舵面气动性能的重要方面,可以通过风洞试验和理论计算的方法获得。舵面位于安定面的后缘,绕舵面的流动很复杂,并且受影响的因素很多,因而铰链力矩难以准确估算,通常在风洞中进行模型的铰链力矩试验,直接测量舵面的铰链力uCFD软件计算铰链力矩的方法并分析计算结果与试验结果的相关性。舵面和安定面之间缝隙的不同会影响J布的差异,使舵面压力分布发生改变,直接影响舵面铰链力矩的大小。为了具体了解缝隙效应对舵面铰链力矩的影响,有时需要进行一系列缝隙效应试验来确定缝隙的影响。在应用数值计算方法研究舵面铰13jEulerNS不够准确,但是由于其周期短,状态多,对于几何外形年月力文章编号:———(J|I621000)CFD14m14mlO5Oo5100CFD受缝隙效应的影响。研究表明,舵面铰链力矩随迎角或舵偏的增大而增大;缝隙宽度对舵面的铰链力矩特性影响CFD关键词:铰链力矩;数值模拟;低速风洞试验;缝隙效应V2117V21174A猲琙—*2007022520070516作者简介:黄宗波,男,河南南阳人,:流体力学2l4,。、一!。、10respectivelyand甌—putationresults篽momentnumerical;猻琋DeC2007testgap
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研究方法23不是很复杂的模型来说,可为天平设计和风洞试验提供参考。利用试验与计算相结合的方法,研究不同缝隙不同舵偏的铰链力矩。试验在低速风洞中进行,采用铰链力矩天平直接测量舵面的铰链力矩。由于试验采用的模型比较简单,计算软件采用贴体网格求解畇方程,研究缝隙效应对舵面铰链力矩的影响。为了具体研究缝隙效应对舵面铰链力矩的影响,进行一定的简化处理,采用一段等截面的翼型模型,通过改变舵面和安定面的间隙实现不同缝隙下的铰355mm11lmm74,模型展长为2捎檬钡踝埃Ц顺ざ,,试验段截面.,有效截面积.,试验段空风洞最大风速痵。试验采用竖直吊挂模型,在风洞上转盘上固定,支撑采用空心圆柱钢支杆。通过转动上转盘,实现模型迎角的变化。试验用天平为五分量嵯蛄Σ徊铰链力矩天平,安装在安定面内,通过角度片和舵面连接,测量舵面的气动载荷。试验迎角段б。~。,试验风速痵。缝隙效应试验中舵面和安定面之间的缝隙分别为,,,通过改变角度块来实现。ANSYSCFXNS获得流场情况,能够使用各种类型的网格,可计算亚、c网格,并在网格划分中对固壁表面边界层和缝隙处进行加密处理,以准确模拟边界层和缝隙内的流动。缝2速度的耦合关系采用系列算法,湍流模型选SSTRT-O)1050510数和升力系数,所得铰链力矩系数为正时对应低头力矩,其中舵面和安定面之间缝隙分别为、、、。通过计算结果分析不同状态下舵面表面的压强分布和舵面附近的流场情况,分析舵面铰链力矩的变化规律。计算与试验结果比较在迎角为<。时,将舵面铰链力矩随舵偏变化0好的一致性;在迎角为时,计算和试验结果变化趋实验流体力学第卷12
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∥5势基本一致,计算结果比试验结果略大。其原因是多方面的。一方面安定面两端的端板部分会使舵面附近流速发生变化,使舵面铰链力矩有所变化,这部分在数值计算中未予以考虑。再者由于舵面位于安定面的后缘,分离区所占的比例比较大,在较大迎角时更甚,数值模拟的难度比较大。舵面的铰链力矩特性410o!。、。,并且将试验结果4以看出,随着迎角的增大,舵面的低头力矩随之增大;不同舵偏下,舵面!玜曲线的斜率略有不同。比较计算和试验结果,计算结果所反映的铰链力矩系数变化趋势和试验结果基本一致,但在较大迎角时计算结果比试验结果要大,比如。时,计算结果比试验结果大%左右,这是由于在较大迎角时,舵面附近有5看出,在计算的迎角下,随着舵面偏角的增大,舵面的5005为了进一步研究舵面铰链力矩的特性,选取了某一翼型截面,提取不同情况下的压力系数分布,绘制600得不同舵偏下某一选取截面的舵面表面压力分布。从图中可以明显看出,舵面上表面压力沿流向增高,气流有分离的趋势,舵面下表面压力沿流向降低,舵面偏角越大,舵面上表面的压力就越小,而下表面的压力就越大,从而随着舵偏增大,舵面的升力增大,舵78=0a=o8=100=o上的流线图。由图梢钥闯觯琣时,舵面上表面边界层内发生了转捩,但气流并未发生分8d=10=o㈣¨呻呲4黄宗波等:舵面铰链力矩及其缝隙效应研究脏3a()48()5lF6a0篮加∞。话痬,
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幽大部分为分离区,并且在分离区形成了涡