【摘 要】
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地效翼船是一种在水面或开阔地面上方低空飞行的交通运输工具,其利用地面效应产生的升力增益的程度以及自身飞行过程中的稳定性与地效翼翼型密切相关。由于海面上通常会有波浪存在,波浪水面对地效翼的气动力性能会产生很大的影响。波浪水面形状与运动会引起地效翼与波浪水面之间空气流动的扰动;地效翼下方产生的高压空气也会使得波浪水面的形状发生改变,使气动力发生改变。因此,针对波浪作用下地效翼的气动力性能进行预报是地效
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地效翼船是一种在水面或开阔地面上方低空飞行的交通运输工具,其利用地面效应产生的升力增益的程度以及自身飞行过程中的稳定性与地效翼翼型密切相关。由于海面上通常会有波浪存在,波浪水面对地效翼的气动力性能会产生很大的影响。波浪水面形状与运动会引起地效翼与波浪水面之间空气流动的扰动;地效翼下方产生的高压空气也会使得波浪水面的形状发生改变,使气动力发生改变。因此,针对波浪作用下地效翼的气动力性能进行预报是地效翼船总体设计的一个重要前提,地效翼作为提供升力的主要部件,其气动力特性研究是关键技术之一。本文首先对国内外研究地效翼气动特性的数值模拟及试验的方法进行了分析总结,目前的研究针对波浪对地效翼气动特性的作用研究较少,或采用固壁波浪代替实际波浪,并采用来流速度代替地效翼的飞行速度,存在分析精度不足的问题。因此,本文运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法研究了NACA0015平底型与NACA4412型地效翼及其优化翼型在波浪工况下的气动特性。具体的研究内容包括:(1)本文首先对地效翼船的发展以及地效翼气动特性的国内外研究及数值模拟方法进行了分析研究。提出了一种能够准确模拟波浪作用下地效翼巡航的CFD数值模拟方法并进行了准确性验证,确保了数值模拟的模型设置与网格设置的可靠性。(2)针对NACA0015平底型与NACA4412型两种典型地效翼,运用重叠网格技术和流体体积函数(Volume Of Fluid,VOF)法在创建的数值波浪水面上方进行了巡航模拟。研究了两种地效翼在波浪作用下通过改变波浪周期、波高、航速以及攻角等参数对地效翼气动特性参数的敏感性。由研究结果可知,经过波浪水面时地效翼气动力系数的变化曲线并非正弦曲线,且地效翼气动力参数与波浪周期、波高、航速以及攻角关系密切。(3)为提高地效翼的纵稳性,将NACA4412翼型优化为“S”型特殊翼型。基于地效翼纵稳性判定原理,比较两种翼型体在不同飞高、攻角下的纵向静稳性参数以及飞高焦点和攻角焦点的变化规律。研究表明“S”型地效翼的升阻比有所增加,飞高焦点的前后位置变化减小,使得静稳性裕度区域有所增加,并且在地效翼在大攻角下的强地效区内仍能保证稳性。(4)为了提高地效翼船在飞行时的载重量,针对NACA4412与NACA0015平底型两种翼型下翼面设计出一种槽道结构,通过槽道内的高速流动的空气实现增压增升的效果。槽道型地效翼在静水工况下大部分航态下的升力系数均有所提升,在波高较大工况下,平均升力系数提升明显。此结果为地效翼的优化设计提供了设计思路。
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