地效飞行器高海况巡航气动特性分析

• 作 者: 韩龙
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 地效飞行器 高海况 波浪地面效应 CFD数值模拟 滚转力矩

地效飞行器是指为获得更好的飞行效率而利用了地面效应，贴近地面飞行的重于空气的动力飞行器。地效飞行器掠海巡航时，气动力系数随波浪形态发生规律性变化，这一现象称为波浪地面效应。波浪地面效应的研究直接影响地效飞行器气动布局设计、稳定性分析、飞行安全保证等方面因素，研究意义重大。本文针对目前研究所存在的不足，采用CFD分析方法，以非定常不可压缩流动N-S方程和2阶RNG k-ε湍流模型分析计算了波浪地面效应中新的问题。首先，在二维高海况情形下，讨论了计及当地风速和波浪行进速度的必要性，同时分析了翼型高海况下波浪地面效应气动力系数随飞行高度变化趋势及原因。分析发现高海况波浪地面效应中，阻力系数在涡与地面效应双重作用下出现与低海况不同的变化规律，升阻比也随之变化，故对于高海况巡航的地效飞行器最适飞行高度应比低海况巡航最适飞行高度略有升高。其次，分析了三维等直机翼在不同航向与风向夹角时巡航状态，重点关注滚转力矩系数的变化。机翼左右两侧受地面效应和当地风力影响，会在飞行器上产生滚转力矩。滚转力矩系数随波浪面高度变化，由于侧风的影响，会对其峰值、谷值产生加强或削弱作用，故滚转力矩系数在一个波长内变化不可近似看作正余弦曲线。随后，对某型号水上飞机翼身组合体进行高海况波浪地面效应的数值模拟，总结翼身组合体模型的变化规律，验证了前文结论，提出与等直翼模型变化的不同之处，并从流场角度分析原因。本文为深入研究高海况条件对地效飞行器设计的影响提供了一定的基础，具有较高应用价值。