第２８卷第２期２０ｌＯ年４月
空气动力学学报
ＡＣＴＡＡＥＲｏＤＹＮＡＭｌＣＡＳＩＮＩＣＡ
Ｖ０１．２８．Ｎｏ．２
Ａｐｒ．．２０１０
文章编号：０２５８一１８２５（２０１０）０２一０１４３一０６
湿空气凝结对ｏＮＥＲＡＭ６机翼气动
特性影响的数值研究
孙秀玲，李亮，李国君
（西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安７１００４９）
摘耍：大气飞行条件下机翼附近的跨声速湿空气流动中空气中含有的水蒸汽可能越过饱和线而发生非平衡凝结。水蒸汽凝结潜热加热气流会改变跨声速流动的特性，从而对机翼气动特性造成显著影响。本文建立了湿空气非平衡凝结流动的数学物理模型，对０ＮＥＲＡＭ６机翼在跨声速条件下的湿空气非平衡凝结流动进行了分析。结果表明，与干空气流动相比，在攻角为３．０６。和空气相对湿度为５０％时。ｏＮＥＲＡＭ６机翼表面压力系数有显著变化。造成机翼气动特性显著变化的原因在于：湿空气中水蒸汽凝结放热对跨声速气流加热，导致机翼表厦附近的流速，压力与流场结构发生了显著变化。
关键词：湿空气；非平衡凝结ｆｏＮＥＲＡＭ６机翼；气动特性
中图分类号：Ｖ２１１．４ｌ文献标识码：Ａ
Ｏ引言
目前有许多求解Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程对翼型绕流进行数值模拟的程序，它们对航空工业的发展起了巨大的推动作用。这些计算程序基本上都假设流动工质为完全气体，流动过程中不发生相变。然而在实际的大气飞行中，各种气象条件下空气中总是包含一定数量的水蒸汽，机翼周围压力、温度的变化在一定条件下会引起水蒸汽发生非平衡凝结现象。非平衡凝结是指水蒸汽膨胀越过饱和线后并不立即凝结，而是在热力学状态参数达到一定非平衡程度时才突然发生的凝结现象。图１显示了Ｔｏｍａｄｏ战斗机机翼表面附近凝结形成的水雾ｕ］。
大气飞行条件下１ｋｇ空气中平均的水蒸汽含量约为ｏ．ｏｌｋｇ，凝结放热量Ｑ与Ｃ，Ｔ。（Ｃ，为来流空气比热，Ｌ为来流空气温度）的比值约为１０％，这个量值的热量加入到跨声速气流中，不仅会显著改变机翼表面附近的压力、温度和超音速区大小等流动参数，甚至还会引起稳定或振荡的激波，从而导致机翼升力／阻力特性的显著改变［２。５］。
另一方面，凝结放热导致的激波与边界层相互作用，引起边界层位移厚度与动量厚度的显著增加，是诱发流动分离的原因之一［６］，对机翼表面附近涡的产生和发展产生影响。此外，在飞机机动过程中，攻角、偏航角等参数的变化影响凝结过程，凝结过程反过来又会对机翼气动性能产生影响。这些因素综合作用，使得湿空气凝结现象对飞机在各种飞行姿态下的机动性能产生不可忽视的影响。此外，大气飞行中机翼等部位的结冰问题也与湿空气凝结现象紧密相关，湿空气凝结是形成冰晶的重要机制之一［７］。
从上个世纪６０年代起，不断有研究机构和学者对湿空气凝结流动问题开展研究。ＮＡＳＡ在其８英尺风洞中研究了湿空气凝结对机翼气动性能的影响［幻；Ｓｃｈｎｅｒｒ对ＮＡＣＡ００１２翼型和某圆弧翼型进行
图ｌＴｏｍａｄｏ飞机机翼表面的凝结现象‘１３
Ｆｉｇ。ｌＣｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎａｒｏｕｎｄＴｏｒｎａｄ０［１】
－收稿日期：２００８—１２一０７；修订日期：２００９一０４一０８
作者简介：孙秀玲（１９７３一），女．陕西人，博士研究生，从事湿空气凝结流动研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｕｎ．】【．１＠ｓｔｕ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ万方数据
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第２期孙秀玲等：湿空气凝结对０ＮＥＲＡＭ６机翼气动特性影响的数值研究１４７
在机翼上表面，由于凝结发生在前缘，整个上表面附
近的液态水质量份额约为１％；下表面凝结发生的位
（ａ）４４％展向
（ｂ）６５％展向０９６５循
（ｃ）９０％展向
围５ｏＮＥＲＡＭ６机翼表面附近马赫数
等值线分布《等值线闻隔０．惦）
Ｆ睡５Ｃ咖ｔｏｕ隋ｏｆＭ扯ｈｎⅡｍｂｅｒｏｆ
ＯＮＥＲＡＭ６ｗｉ呜（刖订＝０．０５）
豳６ｏＮＥＲＡＭ６机翼上表面压力等值线分布Ｆ喙６Ｕｐｐｅｒｓｕｒｆａ∞ｐｒ嘲ｕ心ｏｆｏＮＥＲＡＭ６ｗｉ鸣
置向后移动，在５０％弦长以后才可以凝结，机翼下表面附近的液态水质量份额约为Ｏ．５％。
圈７６５％展向位置处ｏＮＥＲＡＭ６表面附近
液态水质量份额ｙ（Ａｙ＝０．００２）
Ｆ嘻７Ｍａ鹞ｆｒａｃｔｊ蚰ｏｆｗａｔ盯ｌ，ａｒ０响ｄ
０ＮＥＲＡＭ６ｗｉｎｇａｔ６５％ｓｐａｎ（６ｙ＝０．００２Ｊ
５结论与展望
湿空气中的水蒸汽凝结对机翼气动特性会造成显著影响。本文建立了湿空气非平衡凝结流动的数值模型，并对０ＮＥＲＡＭ６机翼进行了湿空气非平衡凝结流动的初步研究。在攻角为３．０６。和空气相对湿度５０％时的ＯＮＥＲＡＭ６机翼湿空气凝结流动与干空气流动相比，机翼表面压力系数有显著变化。造成机翼气动特性显著变化的原因在于：湿空气中水蒸汽凝结放热对跨声速气流加热，导致机翼表面附近的流速、压力与流场结构发生了显著变化。
湿空气凝结流动研究涉及复杂的相变过程，如果考虑大气中尘埃、离子等各种微小悬浮颗粒对凝结过程的影响，模型将更为复杂。但湿空气凝结对机翼气动特性的影响显著，有必要在试验和计算方面进一步开展深入的研究工作。‘
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湿空气凝结对ONERA M6机翼气动特性影响的数值研究
作者：孙秀玲， 李亮， 李国君
作者单位：西安交通大学能源与动力工程学院,陕西,西安,710049
刊名：
空气动力学学报
英文刊名：ACTA AERODYNAMICA SINICA
年，卷(期)：2010,28(2)
被引用次数：1次
参考文献(15条)
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引证文献(1条)
1.孙秀玲.马晓永.李亮.李国君RAE 2822翼型湿空气非平衡凝结流动的研究[期刊论文]-空气动力学学报 2013(5)
引用本文格式：孙秀玲.李亮.李国君湿空气凝结对ONERA M6机翼气动特性影响的数值研究[期刊论文]-空气动力学学报 2010(2)