基于工程的超声速民机宽速域机翼设计

廖振荣1,2，李军府1,2，3，赵博文1,2，张明1,2，谢露1,2，韩忠华2，3，艾梦琪1,2（1.航空工业第一飞机设计研究院；2.飞行器基础布局全国重点实验室；3.西北工业大学 航空学院）

摘要：超声速民机气动设计除了需要保证超声速的气动性能外，还需满足工程要求的低速特性，特别需关注低速状态俯仰力矩上仰角度、副翼效率特性。采用经试验验证的基于雷诺平均Navier-Stokes方程的计算流体动力学（CFD）数值方法对某典型低声爆超声速民机构型进行了全速域气动特性计算，分析了导致俯仰力矩上仰、副翼效率不足现象的原因，研究了前缘半径、前缘下垂位置、外翼段后掠角等关键参数对高/低速气动特性匹配的影响规律，开展了宽速域翼型、机翼优化设计。经评估，优化方案在马赫数Ma=1. 8 时气动性能良好，升阻比为8. 28；在Ma=0. 3 时俯仰力矩上仰迎角推迟至14°，副翼效率在计算迎角范围内均保持80% 以上。研究提出了一种满足工程需求的宽速域机翼气动设计方案，对于解决超声速民机高/低速气动特性匹配问题具有工程实用价值。

关键词：超声速民机；宽速域机翼设计；翼型设计；低速大迎角；俯仰力矩；副翼效率