翼反角对高压捕获翼构型高超气动特性的影响

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27349

流体力学与飞行力学

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翼反角对高压捕获翼构型高超气动特性的影响

常思源¹, 肖尧¹^,²(), 李广利¹^,², 田中伟³, 张凯凯¹^,², 崔凯¹^,²

^1.中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室，北京 100190
^2.中国科学院大学工程科学学院，北京 100049
^3.中国科学院力学研究所宽域飞行工程科学与应用中心，北京 100190

收稿日期:2022-04-29 修回日期:2022-07-29 接受日期:2022-08-25 出版日期:2022-09-01 发布日期:2022-08-31
通讯作者: 肖尧 E-mail:xiaoyao@imech.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金(12002347);中国科学院基础前沿科学研究计划(ZDBS-LY-JSC005)

Effect of wing dihedral and anhedral angles on hypersonic aerodynamic characteristics of high-pressure capturing wing configuration

Siyuan CHANG¹, Yao XIAO¹^,²(), Guangli LI¹^,², Zhongwei TIAN³, Kaikai ZHANG¹^,², Kai CUI¹^,²

^1.State Key Laboratory of High-Temperature Gas Dynamics，Institute of Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China
^2.School of Engineering Science，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^3.Wide Field Flight Engineering Science and Application Center，Institute of Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China

Received:2022-04-29 Revised:2022-07-29 Accepted:2022-08-25 Online:2022-09-01 Published:2022-08-31
Contact: Yao XIAO E-mail:xiaoyao@imech.ac.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12002347);Basic Frontier Science Research Program of Chinese Academy of Sciences(ZDBS-LY-JSC005)

摘要/Abstract

摘要：

为研究翼反角变化对高压捕获翼构型高超声速气动特性的影响，基于一种双翼面、单支撑、翼身组合布局的高压捕获翼概念构型，以飞行马赫数6，飞行高度30 km为计算状态，捕获翼和机体三角翼上/下反角为设计变量，结合均匀试验设计方法、数值模拟方法和Kriging建模方法，探寻了升阻特性、纵向和横航向稳定性随翼反角的变化规律。结果表明，升力、阻力及升阻比随翼反角的变化规律基本一致，且对上反角变化更加敏感；小攻角时，翼面上反会明显降低升阻比，而下反会使升阻比先略微增大后缓慢减小；大攻角时，翼反角对升阻比的影响较小；纵向稳定性主要受三角翼反角的影响，三角翼上反时，纵向稳定性降低，下反时，纵向稳定性基本不变；翼面上/下反都会提高航向稳定性，但下反的效果更明显；翼面上反会提高横向稳定性，下反则降低，但大攻角飞行时，三角翼上反角过大可能会导致横向稳定性降低。

关键词: 高压捕获翼, 高超声速, 气动特性, 上/下反角, 稳定性

Abstract:

To study the influence of wing dihedral/anhedral angle changes on the hypersonic aerodynamic characteristics of the High-pressure Capturing Wing （HCW） configuration， we studied the variation law of the lift-drag characteristics， and longitudinal and lateral-directional stability with the change of wing dihedral/anhedral angles based on a HCW concept configuration under the computation conditions of Mach number 6 and an altitude of 30 km. The design variables are dihedral/anhedral angles of HCW and delta wings， and some techniques， such as the uniform experimental design method， numerical simulation method， and Kriging modeling method， were utilized in the analysis. The results show that the lift， drag， and lift-drag ratio have similar variation trends with the change of wing dihedral/anhedral angles， and are more sensitive to the change of the dihedral angle. At small angles of attack， the wing dihedral significantly reduces the lift-drag ratio， while the anhedral slightly increases and then slowly decreases it. At large angles of attack， the wing dihedral/anhedral angles have less influence on the lift-drag ratio. The longitudinal stability is mainly affected by the dihedral/anhedral angles of the delta wing. Specifically， the delta wing dihedral decreases the longitudinal stability， while the anhedral hardly affects it. Both the wing dihedral and anhedral angles improve the directional stability， with the effect of the anhedral stronger. The wing dihedral raises the lateral stability， while the anhedral lowers it. However， at a large angle of attack， the large dihedral angle of the delta wing may lead to a decrease in lateral stability.

Key words: High-pressure Capturing Wing (HCW), hypersonic, aerodynamic characteristics, dihedral/anhedral angles, stability

中图分类号:

V221⁺.3

常思源, 肖尧, 李广利, 田中伟, 张凯凯, 崔凯. 翼反角对高压捕获翼构型高超气动特性的影响[J]. 航空学报, 2023, 44(8): 127349-127349.

Siyuan CHANG, Yao XIAO, Guangli LI, Zhongwei TIAN, Kaikai ZHANG, Kai CUI. Effect of wing dihedral and anhedral angles on hypersonic aerodynamic characteristics of high-pressure capturing wing configuration[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(8): 127349-127349.

图/表 22

图 1

图 2

表 1

图 3

图 4

表 2

设计变量及取值范围

Design variables	Lower bound/（°）	Upper bound/（°）
$θ h c w$	-20	20
$θ b w$	-50	50

表 2

图 5

图 6

图 7

图 8

表 3

表 4

表 5

图 9

图 10

图 11

图 12

图 13

图 14

图 15

图 16

图 17

参考文献 29

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

几何参数	数值
机体轴向长度/mm	1 000
HCW轴向长度/mm	490
HCW半展长/mm	400
HCW前缘后掠角/（°）	30
HCW尾缘后掠角/（°）	20
HCW装配角/（°）	3.5
HCW和机体三角翼厚度/mm	2
机体上表面压缩角/（°）	9
机体下表面压缩角/（°）	6
机体三角翼后掠角/（°）	70
机体尾段纵向膨胀角/（°）	18

Parameter	Coarse	Medium	Refined
C_L	0.270 6	0.271 5	0.270 9
ΔC_L /%	-0.11	0.21
C_D	0.088 5	0.089 9	0.089 8
ΔC_D /%	-1.44	0.06
C_m	-0.006 13	-0.005 98	-0.005 97
ΔC_m /%	2.68	0.17

Parameter	Coarse	Medium	Refined
X_ac	0.644 74	0.642 97	0.643 32
ΔX_ac/%	0.22	-0.05
C_lβ	-0.027 50	-0.026 07	-0.025 78
ΔC_lβ /%	6.67	1.11
C_nβ	-0.003 72	-0.004 58	-0.004 58
ΔC_nβ /%	-18.75	0

Output	α/（°）	MAE	MRE/%
C_L	0	4.0×10^-5	0.21
	5	1.8×10^-4	0.51
	10	2.8×10^-4	0.48
C_D	0	4.0×10^-5	1.61
	5	2.0×10^-5	0.25
	10	1.6×10^-4	0.86
C_lβ	0	3.6×10^-4	0.44
	5	4.2×10^-4	0.38
	10	6.6×10^-4	0.47
C_nβ	0	4.0×10^-4	1.67
	5	8.2×10^-4	2.89
	10	1.1×10^-3	2.77
X_ac	0	4.2×10^-4	1.24
X_ac	5	2.0×10^-4	0.48

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翼反角对高压捕获翼构型高超气动特性的影响

Effect of wing dihedral and anhedral angles on hypersonic aerodynamic characteristics of high-pressure capturing wing configuration

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