CN113460284A - 一种带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼 - Google Patents

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Abstract

一种带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼。其是在上表面尾缘附近设置多个“左倾”和“右倾”交替分布的斜向沟槽组；每个斜向沟槽组由多条沿弦向间隔距离平行设置的斜向沟槽组成，由此形成展向阵列；相邻斜向沟槽组之间间隔设置，因此多个斜向沟槽组的整体呈锯齿形。本发明通过在机翼上表面尾缘处设置斜向沟槽，一方面可以在斜向沟槽内形成稳定的二次涡，起到机械中“滚动轴承”的作用，达到减小粘性阻力的效果；另一方面，斜向沟槽起到涡流发生器的效果，在机翼上翼面附面层内形成二次流，增强主流高速流与附面层低速流的掺混，阻断低速流向主流的传播，使得抵抗逆压力梯度的能力更强，可抑制附面层的分离，有效地增大升阻比。

Description

一种带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼
技术领域
本发明属于民航航空器部件技术领域，特别是涉及一种带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼。
背景技术
随着微型飞行器、无人机的兴起，低雷诺数下机翼的气动性能越来越受到研究人员的关注。雷诺数的降低使得机翼表面的粘性摩擦力增强，统计表明在巡航状态下，壁面摩擦阻力约占总阻力的40％左右；另外，由于层流边界层以及流动转捩现象的存在，使得机翼上表面附面层更容易发生分离，且分离会造成严重的升力损失。因此，针对低雷诺数工况，开发有效的流动控制方法，抑制流动分离、减阻增升对于机翼设计至关重要。
目前，针对机翼表面附面层分离与失速的流动控制技术主要分为主动控制和被动控制两大类。主动控制技术主要有等离子体激励、附面层吹吸技术、合成射流等；被动控制技术包括正弦前缘、涡流发生器、壁面微细结构等。
以仿鲨鱼皮的纵向小肋/沟槽为代表的壁面微细结构在壁面的减阻方面具有较好的表现，引起研究者广泛的关注，然而研究表明纵向小肋处于层流边界层时，会产生额外的阻力，起不到减阻的效果；横向小肋被认为可以起到“空气轴承”的效果，减小壁面的摩擦力，但是其无法有效地抑制负面层分离，对于大攻角机翼起不到减阻增升的效果。因此，基于壁面微细结构的减阻增升方法还需要进一步的研究。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼。
为了达到上述目的，本发明提供的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼是在上表面尾缘附近设置多个“左倾”和“右倾”交替分布的斜向沟槽组；每个斜向沟槽组由多条沿弦向间隔距离平行设置的斜向沟槽组成，由此形成展向阵列；相邻斜向沟槽组之间间隔设置，因此多个斜向沟槽组的整体呈锯齿形。
每个斜向沟槽组中斜向沟槽的数量为5—10个。
相邻斜向沟槽之间的距离c为0.001l—0.005l，其中l为机翼的弦长。
所述斜向沟槽的延伸方向与来流方向间的夹角β为30°—60°。
每个斜向沟槽组的展向宽度a为0.05l—0.15l；相邻斜向沟槽组之间的间距b为0.005l—0.01l。
所述斜向沟槽的横截面呈半椭圆，长轴尺寸d为0.004l—0.01l，短轴尺寸e为0.003l—0.005l。
本发明提供的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼具有如下有益效果：
通过在机翼上表面尾缘处设置斜向沟槽，一方面可以在斜向沟槽内形成稳定的二次涡，直到机械中“滚动轴承”的作用，达到减小粘性阻力的效果；另一方面，斜向沟槽起到涡流发生器的效果，在机翼上翼面附面层内形成二次流，增强主流高速流与附面层低速流的掺混，阻断低速流向主流的传播，使得抵抗逆压力梯度的能力更强，可抑制附面层的分离，有效地增大升阻比。与“仿鲨鱼皮”的纵向小肋相比，斜向沟槽更加适用于低雷诺数下机翼的减阻增升，而相较于横向小肋/沟槽，斜向沟槽可以明显起到抑制附面层分离的效果，具有更好的减阻增升作用。
附图说明
图1为本发明提供的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼立体图。
图2为本发明中展示斜向沟槽几何和分布特点的局部放大图。
图3为本发明中斜向沟槽的横截面示意图。
图4为上表面尾缘处未设置斜向沟槽的原型机翼表面的流场图。
图5为本发明中上表面尾缘处设置斜向沟槽的机翼表面的流场图。
图6为本发明中上表面尾缘处设置斜向沟槽的机翼与上表面尾缘处未设置斜向沟槽的原型机翼不同攻角下的升阻比对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼1是在上表面2尾缘3附近设置多个“左倾”和“右倾”交替分布的斜向沟槽组；每个斜向沟槽组由多条沿弦向间隔距离平行设置的斜向沟槽4组成，由此形成展向阵列；相邻斜向沟槽组之间间隔设置，因此多个斜向沟槽组的整体呈锯齿形。
如图2所示，针对雷诺数为5×105的工况，随着机翼1攻角的增大，附面层分离将从尾缘3向前缘发展，因此，从机翼1的尾缘3开始设置斜向沟槽组，每个斜向沟槽组中斜向沟槽4的数量可调，通常为5—10个，本发明选择8个。
相邻斜向沟槽4之间的距离c可调，距离c的大小决定了斜向沟槽4沿弦向的稠密度，通常距离c为0.001l—0.005l，本发明中选择距离c＝0.003l，其中l为机翼1的弦长。
所述斜向沟槽4的延伸方向与来流方向间的夹角β的大小与斜向沟槽4的横截面形状共同影响流动控制效果，其中夹角β的大小可调，通常夹角β为30°—60°。本发明中选择夹角β＝30°。
所述每个斜向沟槽组的展向宽度a以及相邻斜向沟槽组之间的间距b可调，通常每个斜向沟槽组的展向宽度a为0.05l—0.15l；相邻斜向沟槽组之间的间距b为0.005l—0.01l。本发明中选择展向宽度a＝0.095l，间距b＝0.005l。
如图3所示，所述斜向沟槽4的横截面呈半椭圆，并且长轴尺寸d和短轴尺寸e都是可调的，通常长轴尺寸d为0.004l—0.01l，短轴尺寸e为0.003l—0.005l。本发明中选择长轴和短轴取值为d＝e＝0.005l。
如图4、图5所示，通过对比开设斜向沟槽4前后机翼表面的流线图可以发现，本发明提供的上表面尾缘开设斜向沟槽4的低雷诺数下机翼与上表面未开设斜向沟槽的原型机翼相比，开设斜向沟槽4后的机翼上表面的附面层分离流动区域明显减小，因此开设斜向沟槽4可以延缓及抑制分离的发生。
如图6所示，通过数值模拟的机翼不同攻角下的升阻比结果可以看出，本发明提供的上表面尾缘开设斜向沟槽4的低雷诺数下机翼与原型机翼相比，在不同攻角下升阻比具有较为明显的提高，升阻比相对原型机翼最大可以提高152.6％。
可见，本发明提供的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼，一方面可通过在斜向沟槽4内形成稳定的二次涡，达到减小粘性阻力的效果；另一方面，通过在机翼上翼面附面层内形成二次流，可增强主流高速流与附面层低速流的掺混，阻断低速流向主流的传播，使得抵抗逆压力梯度的能力更强，由此可抑制附面层的分离，有效地增大升阻比。

Claims (6)

1.一种带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼，其特征在于：所述的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼(1)是在上表面(2)尾缘(3)附近设置多个“左倾”和“右倾”交替分布的斜向沟槽组；每个斜向沟槽组由多条沿弦向间隔距离平行设置的斜向沟槽(4)组成，由此形成展向阵列；相邻斜向沟槽组之间间隔设置，因此多个斜向沟槽组的整体呈锯齿形。
2.根据权利要求1所述的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼，其特征在于：每个斜向沟槽组中斜向沟槽(4)的数量为5—10个。
3.根据权利要求1所述的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼，其特征在于：相邻斜向沟槽(4)之间的距离c为0.001l—0.005l，其中l为机翼1的弦长。
4.根据权利要求1所述的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼，其特征在于：所述斜向沟槽(4)的延伸方向与来流方向间的夹角β为30°—60°。
5.根据权利要求1所述的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼，其特征在于：每个斜向沟槽组的展向宽度a为0.05l—0.15l；相邻斜向沟槽组之间的间距b为0.005l—0.01l。
6.根据权利要求1所述的带有斜向沟槽的低雷诺数下机翼，其特征在于：所述斜向沟槽(4)的横截面呈半椭圆，长轴尺寸d为0.004l—0.01l，短轴尺寸e为0.003l—0.005l。
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