民用飞机小翼设计中风洞试验结果分析

王焕青

摘 要：翼梢小翼可以增大机翼的有效展弦比，同时可以削弱飞机翼尖涡的强度，减小诱导阻力，从而达到飞机的减阻增升、提高燃油经济性的作用。该文介绍了风洞试验在民用飞机翼梢小翼设计中的作用，以及如何根据试验结果判断翼梢小翼对飞机气动特性的帮助。

关键词：民用飞机 翼梢小翼 风洞试验 气动特性

中图分类号：V211 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（c）-0020-02

自商用飞机问世以来，各大制造商就在不断寻找节省燃油的途径。更何况在油价不断攀升的今天，一架节能环保的飞机无疑具有很强的市场竞争优势。减小飞行阻力是一种有效节省燃油的手段，而在机翼外端安装翼梢小翼则是减阻增升的有效途径。目前世界上很多机型（如B737、A320）均装有不同形状的翼梢小翼。

当然，设计出一幅能提升飞机气动特性的翼梢小翼也不是一件容易的事。除了使用CFD计算外，能够模拟真实飞行条件的风洞试验也是一种非常有效的方法，试验结果可以帮助研发团队更直观的分析翼梢小翼对飞机气动特性的影响。

1 试验模型

一般研发团队会根据CFD的计算结果制造几种不同形状的翼梢小翼模型，逐一安装在同一个风洞试验模型的机翼上进行风洞试验，这样试验结果具有可对比性。图1为某飞机研发团队进行对比试验的5个小翼外形。

2 试验方法

试验方法一般有：测力试验、测压试验、油流试验。

2.1 测力试验

测力试验是飞机设计中最基本的试验项目。将需要验证的5种小翼模型分别安装在机翼上进行5组测力试验。每组试验在不同马赫数及不同试验迎角下进行并采集气动力数据，包括升力、阻力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩、滚转力矩。最后将5组试验结果进行对比，选出对气动特性最好的小翼。图2为在同一个试验状态下5个小翼的试验结果对比，可以看出装配有2号小翼时，全机升阻比K最大。说明2号小翼增升减阻的效果比其他4个小翼好。

2.2 测压试验

按展向在翼梢小翼模型上选择若干测压剖面，然后在每个剖面按弦向位置在小翼表面布置测压点进行测压试验，获取小翼表面的压力分布，观察小翼表面的激波位置、气流分离情况，以此判断小翼的气动特性。应尽量选择没有气流分离或者分离发生较晚（比如在大迎角才发生分离或者小翼弦向位置接近后缘才发生分离）的小翼。

2.3 油流试验

油流试验用于显示飞机表面的流动图谱。它是一种显示复杂流动中，如分离流动和旋涡流动的非常简便、有效的手段。通过对表面油流谱的分析可以了解气流在表面发生分离的位置、分离方式和特点、旋涡的形成等。

在油流试验时，将带有细微示踪例子的油剂薄薄地涂在小翼表面上，在不同马赫数、不同迎角状态下进行试验。每次试验结束后，立即观察油剂在小翼表面的形态并拍下照片保存，然后重新涂油再进行下一次试验。对于一个气动特性良好的小翼，油流结果显示的表面流场应比较理想，没有明显的气流分离现象。

3 结语

风洞试验可以帮助研发人员验证翼梢小翼CFD计算的结果。对不同的试验方式，有不同的分析方法：（1）测力试验：通过对比分析最大升阻比。升阻比越大，减阻增升效果越好；（2）测压试验：压力分布形态正常的小翼气动特性越好。就算小翼表面发生分离，也应选择分离较晚的小翼；（3）油流试验：观察小翼表面的流场分布，选择未发生气流分离或者分离程度较轻的小翼。最后，应将几个试验结果结合起来分析，选择综合性能最好的翼梢小翼。

参考文献

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