滑流与机翼结冰

芄螺旋桨滑流（propellerslipstream）对机翼结冰影响蚁蚇螺旋桨几何桨距与有效桨距之差称为螺旋桨的滑流。螄滑流的大小反映了螺旋桨在工作过程中，对流过它的介质的压缩程度，也就是螺旋桨对流过它的介质的作用力（气动力）的大小，该力的轴向分力就是螺旋桨产生的拉力，所以滑流的大小影响拉力的大小。蚅桨距（pitch）腿•螺旋桨桨距分为几何桨距和有效桨距两种。蚀•几何桨距袄–是指在不可压缩介质中，螺旋桨旋转一周飞机向前移动螂的距离，用符号H表示；袁•有效桨距膃–是指螺旋桨旋转一周，飞机向前移动的实际距离，用符蚈号Heq表示。羇•飞行速度和有效桨距的关系：莇60eqHnV羂™桨距和滑流螈ƒ滑流L（slipstream）莈•几何桨距和有效桨距之差：螄•它反映了螺旋桨对流过的空气的压缩程度。螁袈螈螺旋桨旋转时，桨叶拨动空气，一方面使空气向后流动另一方面又使空气顺着螺旋桨旋转方向扭转流动，这种由于螺旋桨的作用使气流加速和扭转叫螺旋桨的滑流。蒆螃洛克希德公司的C-130“大力神”（Hercules）羈袅羄Figure1“蓝天使”表演队的“胖阿尔伯特”薂肈飞行中，当螺旋桨的扭转气流打在飞机垂直尾翼的一侧时，则会引起飞机的方向偏转。如果螺旋桨是向左旋转的，则扭转气流上层自右向左侧扭转，从右方向作用于垂直尾翼，使尾翼产生向左的空气动力，对飞机重心形成右偏力矩，即机头向左偏转。螺旋桨的转速越大，扭转气流对飞机的方向偏转影响越明显。芆螺旋桨滑流蚆螺旋桨滑流会对置于其中的翼面产生作用，一是流速增加，使阻力和升力增加，所以有滑流增升的用法；二是滑流旋转，在左右和上下是非对称的，会产生力矩，生成额外的滚转或偏航力矩。莁此外，滑流的强度与螺旋桨工作状态相关，所以导致推力调整与飞机操纵耦合，简单来说，置于滑流中可以使舵面效率提高（典型如航模吊机，无空速但舵面有效），但降推力也会降低舵效，如着陆阶段，从而使飞机操纵特性产生较大变化。莂很多单发螺旋桨飞机的尾翼都处于滑流中。蚇浆叶扰动造成的螺旋状的滑流膄全称为螺旋桨气流效应(SlipstreamEffect)，螺旋桨的顺（逆）时针旋转，使得为浆打过而顺着机身向后流去的滑流带有旋转运动，即浆后的滑流不是直向后流去，而是一边向后，一边在右旋，呈螺旋状，这样的滑流会对立尾形成一定的攻角，使之产生一个右指的力，这种旋转运动，在飞机起飞或爬升，油门大开时最厉害，它打在立尾上使机头向左偏航。莄蒁螺旋桨发动机具有低速飞行时拉力大、推进效率高、经济性好的特点，使其在运输机领域有着不可替代的地位。在巡航马赫数0.6左右的低速飞机上，至今仍普遍采用螺旋桨推进，如国产运七、运八、运十一、运十二飞机，欧洲的A400M快速军用运输机。现代先进螺旋桨设计技术表明，螺旋桨飞机的最大巡航速度可以达到0.8马赫，且在这样高的巡航速度下，燃油消耗仍然比相同情况下的旧式螺旋桨飞机减少14%~30%。肈采用螺旋桨发动机作为运输机的动力装置，必须考虑螺旋桨滑流对飞机各部件气动性能的影响。螺旋桨融合到机翼上，必然会对机翼的流场产生干扰。桨叶产生的高速旋转气流与机翼发生干扰，使流经机翼附近的气流发生偏转并带走附近的低速气流、改变附近流场的性质，从而对飞机的升阻特性、力矩和失速特性等产生很大的影响。袆1、安装于机翼上的涡轮螺旋桨发动机基本流态分析膃机翼上螺旋桨的基本影响区可认为是一个螺旋桨直径。螺旋桨旋转时,后面拖出一个大涡。大涡内包括许多小圆形涡,二者方向相反(图1)。假定螺旋桨桨轴在机翼弦平面内,由于机翼表面法向速度为零的边界条件的限制,机翼上表面的小涡必须在机翼下表面布置一系列镜像涡来满足边界条件。此镜像涡系对机翼上....面滑流的诱导作用,使其向一侧偏斜。同样,上面涡系使下面滑流向另一侧偏斜。则整个滑流剖面呈平行四边形向后方拖出。拉力系数越大,此畸变越大。此种流型已被实验所证实。薁葿螺旋桨滑流对机翼的影响芄2.1螺旋桨滑流对机翼气流流态的影响螺旋桨后拖出的速度较高的螺旋状滑流改变了机翼的流态:(a)增加了滑流区机翼上的动压;(b)改变了机翼上局部攻角;(c)滑流区内流速的增加,导至滑流区外质量流的下降,影响了滑流区外的气流速度,同时对滑流区两侧分别诱导出一个下洗流和上洗流,改变了滑流区外气流的有效攻角。袂机翼在滑流区内主要感受一个速压增加的影响,导致机翼局部环量增加,产生一个升力增量和诱导阻力增量,并且生成新的尾涡。这个新的尾涡系主要影响尾翼气流的流态,并随拉力增大而增强。蚁高速滑流能延迟附面层的分离,提高襟翼效率。对于效率比较低的简单襟翼作用更为明显。蚆螺旋状滑流旋涡本身的诱导作用和机翼上动压增加造成的附着涡和尾涡增强改变了滑流区内外的局部攻角分布,使滑流区内下洗增强,在机翼上又诱导出一个负升力增量,减小了动压造成的升力增加。肆2.2螺旋桨滑流对机翼气动特性的影响蚁螺旋桨滑流对机翼上局部攻角的诱导作用造成机翼增加一个诱导弯度增量,从而改变了机翼的零升力矩mzo。对无尾力矩特性的影响中还包括滑流诱导升力增量产生的俯仰力矩变化。对于后掠翼、多发动机飞机,这一项是相当可观的。螁螺旋桨滑流使滑流区外一侧升力略下降,一侧升力略增加(由螺旋桨转动方向决定)。总的升力影响可忽略不计。但使区外载荷分布改变,其会影响失速区出现的早晚。一般在滑流旋转与翼尖涡方向相同一侧失速提前,反之会推迟失速区的出现,若左旋螺旋桨,在右机翼外部失速提前。通过流谱观察也可证明这一点。肇飞机有侧滑时,滑流沿机翼展向位置的偏移使机翼环量分布中的滑流增量也随之偏移,使有动力时,飞机横向静安定性下降。蒃螺旋桨旋转卷起的涡流经机翼时被切割成上下两部分,形成了绕机翼的横向二次流,机翼的存在改变了滑流的涡量分布和涡的结构。在弦向,滑流影响最严重的部位是机翼前缘,滑流旋转效应改变了机翼绕流的当地迎角,加速效应增加了桨后气流的速度,这是引起机翼气动特性改变的主要原因。虽然滑流的诱导作用使机翼外段提前发生了分离,但是其推迟了机翼根部分离现象的发生,改善了飞机的失速特性。螺旋桨滑流对于机翼的影响是能够起到增升作用的,很明显,在滑流作用区域内,无论是主机翼还是襟翼其压力系数所包含的面积要大,即升力系数要大。由上图数据可以得出,相对于主机翼滑流对襟翼有着更大的影响蚄滑流对机翼的影响有更大的意义。虽然螺旋桨滑流可以影响到很大的范围，但其对机翼的影响沿展向是逐渐减弱的，而且影响的规律是随迎角变化的。在无滑流情况下，机翼左右两侧对应位置剖面的压力分布完全一致，而有滑流情况，受滑流影响，机翼左右两侧对应位置剖面的压力分布不再对称。这主要是由于向上的旋转气流增加了当地机翼的迎角，向下的旋转气流减小了机翼绕流的当地迎角，从而改变了滑流区机翼剖面的压力分布。由于螺旋桨滑流的诱导作用，左边机翼受到向下的滑流作用，降低了机翼当地绕流的迎角，当地迎角降低对头部吸力峰值的减小量大于当地来流速度提高对头部吸力峰值的增加量，右边机翼则相反。这主要是由于在外翼段，沿展向，随着迎角增加，螺旋桨滑流的旋转效应逐渐减弱，当地来流速度增加对压力剖面头部吸力峰值的影响逐渐起到主导作用，机翼前缘速度增加，吸力峰值提高，升力增加。在弦向，受滑流影响最严重的部位。无滑流12°迎角时，翼根处已经出现分离，而外翼段还没分离，这是符合飞机设计要求的;而加上滑流效应后，翼根处的分离消失了，机翼中段的分离特性发生了恶化。翼根处分离特性的改善是由于滑流加速效应，给流体注入能量，推迟了翼根处分离现象螁蒇膅蒂2、袁袈蚃芁羁羅参考文献：1、2、莅张刘,白俊强,李华星,朱军.螺旋桨滑流与机翼之间气动干扰影响研究,航空计算技术,2012(02).3、4、羀左岁寒.螺旋桨滑流对机翼/全机干扰的数值模拟研究[D].西北工业大学20075、6、肁左岁寒,杨永.螺旋桨滑流对带后缘襟翼机翼气动特性影响的数值分析[J].航空计算技术.2007(01)7、8、莆陈正才.螺旋桨滑流-机翼干扰效应的数值计算方法[J].空气动力学学报.1984(01)9、10、螃高法贤.螺旋桨滑流与机翼气动力干扰及飞机升力特性研究,沈阳航空工业学院学报,2002(02).11、12、肃李尚斌,焦予秦.螺旋桨滑流影响的研究进展,科学技术与工程,2012(08).13、14、膀蒋晓莉,杨士普.螺旋桨飞机滑流机理分析,民用飞机设计与研究,2009(04).15、16、螇E.A.Elsaadawy,C.P.Britcher.PhysicalModelofaPropellerSlipstreamInteractingwithaBoundaryLayeratLowReynoldsNumber.AIAA2004-6590.17、18、薅孙志国,朱程香,付斌,朱春玲.结冰计算中翼面网格重构研究[J].航空学报.2011(02)19、20、螂孙志国,朱春玲.三维机翼表面水滴撞击特性计算[J].计算物理.2011(05)21、22、芀朱程香,王珑,孙志国,付斌,朱春玲.风力机叶片翼型的结冰数值模拟研究[J].空气动力学学报.2011(04)23、24、膈朱程香,付斌,孙志国,朱春玲.风力机防冰热载荷计算[J].南京航空航天大学学报.2011(05)25、26、羃朱程香,孙志国,付斌,朱春玲.探头式结冰探测器安装位置分析[J].航空动力学报.2011(12)27、28、薁檀妹静,孙志国,朱春玲.四自由度飞机结冰脱落模拟研究[J].航空计算技术.2012(02)29、30、莀孙志国,朱程香,朱春玲.飞机结冰数值仿真软件开发[J].计算机仿真.2012(04)31、32、蕿孙志国,朱程香,付斌,朱春玲.二维翼型结冰数值计算[J].航空动力学报.2010(07)33、34、蚅朱程香,孙志国,付斌,朱春玲.水滴多尺寸分布对水滴撞击特性和结冰增长的影响[J].南京航空航天大学学报.2010(05)35、36、薄付斌,孙志国,朱程香,朱春玲.机翼表面结冰热力学模型[J].工程热物理学报.2010(10)37、38、莀胡冶螺旋桨气动特性及螺旋桨滑流的CFD模拟研究39、40、蚆闫中午;任文广;;螺旋桨滑流影响试验模拟方法的研究以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。толькодлялюдей,которыеиспользуютсядляобучения,исследованийинедолжныиспользоватьсявкоммерческихцелях.Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.Pourl'étudeetlarechercheuniquementàdesfinspersonnelles;pasàdesfinscommerciales.