3.4.2 带风速和螺旋桨转动
如表3.4所示,由于受到螺旋桨滑流的影响,左翼和右翼的升力都产生了变化,左机翼受螺旋桨滑流下洗作用的影响,升力减小;相反,右机翼受上洗气流的影响,升力有所增加。但处在滑流区,所受的型阻和诱阻基本相同,故阻力特性基本保持不变,基于此,图3.9分别截取了A、B、C三个截面,由上向下分别为z=0.05、-0.281、-0.65,并展开流线和压力云图对涡系进行了分析。
表3.4 带风速和螺旋桨转动对全机气动特性的影响
图3.9 z=0.05、-0.281和-0.65的流线图和压力云图
(a)z=0.05;(b)z =-0.281;(c)z =-0.65
(1)在A截面,由于螺旋桨的转动,其自身产生与旋转方向相同的涡系,涡核处在正中,强度也是最大的。并且在桨叶中部卷积作用最强,但同时由于螺旋桨的翼尖效应,在翼尖两端都同时产生了两个翼尖涡,并引起二次流,两涡与轴心呈反对称。
(2)在发展到机翼位置时,其流态与A截面大致相同,所不同的是涡流截面积在收缩,越靠近翼根,气流被加速得越快,并且我们可以看出在左机翼翼尖下方和右机翼翼尖上方各产生了自身的涡系。并且如压力云图所示,左翼和右翼由于受到螺旋桨滑流的影响,翼面上下的压力分布明显呈现不对称性。
(3)在发展到接近平尾时,螺旋桨产生的滑流流经机翼后,在机身的左下侧和右上侧各产生了一个明显的涡核,并且气流绕着涡核各产生两个方向相反的旋涡。
但是在截面z=0.03 m处,如图3.10所示,螺旋桨滑流被分为三部分,在内部中心产生了一个旋涡,有自身的涡心,并且旋转方向与螺旋桨转动的方向保持一致;处在滑流最外侧,由于旋转的轴向加速,也产生了一个类圆周方向的流线,围绕着轴心方向旋转加速;而处在内侧与最外侧的中间层,则产生了类似“双耳”的旋涡,这可能与著名的“卡门涡街”(Karman vortex street)的形成机理类似。
从图3.11和图3.12可以看出,带螺旋桨和不带螺旋桨,左右机翼上下表面的静压分布均发生了变化。首先左右机翼的下表面静压沿展向分布的趋势发生了变化,以左机翼为例,无动力时,其静压沿展向的分布是向翼根方向逐步减小的(绝对值),而有动力时,静压分布总体趋势是负值增加的;而左右机翼上表面的压力分布则与下表面不同,与无动力时相比,上表面的静压分布沿展向变化的总体趋势大致相同,只是数值上发生了平移,大约有12%负值方向的增量。如图3.13所示。
图3.10 截面z=0.03 m处的滑流流线图
图3.11 无螺旋桨转动工况下25%机翼弦长处左右机翼上下表面的静压分布
(a)左机翼;(b)右机翼
图3.12 带螺旋桨转动工况下25%机翼弦长处左右机翼上下表面的静压分布
(a)左机翼;(b)右机翼
图3.13 左机翼和右机翼的升力特性曲线随时间的非定常迭代过程
(a)左机翼;(b)右机翼
通常滑流直径在理论计算中保持不变,但如图3.14所示,螺旋桨产生滑流后,随着向后移动不断与周围空气相混合,并受到黏性损耗使得滑流直径不断向外扩散。并且我们可以看出螺旋桨滑流对左右机翼的影响基本都集中在靠近机身处,展向尺度为0~0.03 m之间,在此之后,螺旋桨滑流对机翼的影响越来越小。
图3.14 螺旋桨滑流流经机翼的流线图