现代实验教学形式和测量技术的发展趋于多样化,计算机技术在力学实验教学中的作用日益重要,可满足不断提升学生实践和创新能力的需要[1-4]。翼型和叶型气动性能研究作为一项应用基础性工作可为三维机翼和三维叶片等研究提供必要的基础。翼型风洞实验数据能够用来检验数值计算模型和结果的准确性,同时数值计算为风洞实验提供了理论指导,两者相互促进和补充。文献[5]阐述了低速翼型升阻特性教学实验台的设计过程,对自制翼型风洞实验结果进行分析讨论。文献[6]运用FLUENT软件,采用雷诺应力湍流模型,雷诺数Re为105时,考虑来流湍流度的影响,对典型的NACA0012翼型不同攻角下的流动进行数值模拟分析。文献[7]应用GAMBIT,FLUENT和TE-CPLOT等软件对无环量圆柱绕流的流动机理进行数值模拟与分析。文献[8]通过数值模拟和实验2种方法,研究了S809翼型在雷诺数范围为1.5×104至2.5×106内气动性能的变化规律。
本文研究所涉及的翼型为NACA64A005翼型,它是一个非对称薄翼型,可用于高速飞机机翼等。以小型立式低速气动综合实验台为教学平台开展翼型NACA64A005测压实验模型设计与制作实践,并在不同攻角情况下进行绕流压强分布测量实验。联合应用PROFILI和UG软件及ICEM和FLUENT软件分析数值仿真模型流场和气动力变化性能,以使学生更加深入掌握实验原理和有关概念,进一步增强综合实践创新能力。
1 二元翼型测压模型设计与制作
2 翼型模型测压实验与分析
3 测压模型流场数值仿真
4 结语
基于立式小型低速气动综合实验台,通过对一种薄翼型测压模型的制作、实验和数值仿真研究,获得以下结论。
(1)获得了正确匹配实验室气动实验台的NACA64A005翼型二元测压模型,测量获得了不同攻角下翼型表面气流压强分布数据,对翼型而言实验来流特征雷诺数为1.95×105。
(2)实验和数值仿真均表明,NACA64A005模型翼面气流压强差和压强系数变化情况符合一般翼型低速黏性绕流总体变化规律。正攻角下上翼面呈现为吸力面,下翼面相对为压力面,从而在翼型上产生正的气动升力。在±10º攻角范围内,翼型升力和力矩系数随攻角按线性关系增大。
(3)模型实验测量和数值仿真结果能够相互补充和互相促进,进一步训练和增强学生的综合实践和创新能力,符合现代力学实验教学实践创新和多样化发展的改革方向。
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马震宇 张衡飞 唐晓天 郑子越 葛会哲 郑州航空工业管理学院航空工程学院 |