[发明专利]一种兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型及其设计方法

说明书

本发明提供一种兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型及其设计方法，在设计状态下，翼型上表面具有以下的压力分布形态：在翼型上表面40％C到50％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值为零；在翼型上表面50％C到58％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值从零逐渐线性减小，58％C处的顺压梯度值不小于‑0.4；在翼型上表面前缘区域，即弦向范围为5％C～40％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值逐渐线性增加到零，5％C处的顺压梯度值不小于‑2.4；其中，C为翼型弦长。采用混合反设计/优化设计方法对翼型进行考虑局部压力分布特征的优化设计，得到的翼型具有良好的自然层流特性和超临界特性，全面提高了设计翼型的气动性能。

技术领域

本发明属于空气动力学技术领域，具体涉及一种兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型及其设计方法。

背景技术

现今国际社会对新型客机和运输机(以下简称民机)在节能减排方面的指标要求越来越高，如何在现有设计的基础上进一步减小民机阻力、提高巡航效率，显得越来越重要。层流减阻技术由于能大幅度提高气动效率，成为现代民机设计的前沿技术之一。目前，通过采用自然层流超临界翼型有望在中程民机气动设计中引入层流减阻技术。然而，对于适用于中程民机机翼的自然层流超临界翼型而言，自然层流特性和超临界特性是相互矛盾的，即：追求良好稳定的自然层流特性会增大阻力发散马赫数，损失超临界特性；而过于追求超临界特性，会带来自然层流特性的损失或恶化，难以有效达到自然层流减阻的目的。因此，如何权衡兼顾自然层流超临界翼型的自然层流特性和超临界特性，已成为一个关键技术问题。

目前，现有技术出现一些自然层流超临界翼型，例如，NACA6和Eppler等系列自然层流翼型，然而，这些翼型设计马赫数较低，更多以关注自然层流特性为主，完全没有考虑超临界特性。

而NPU-LSC-72613翼型，采用较大的顺压梯度维持转捩点在60％弦长左右，自然层流范围较宽，但是，发明人发现，其具有激波强度较大，阻力发散特性较差的问题，从而导致超临界特性较差。

申请号为2017105161855的发明专利，公开一种应用于中程民机后掠机翼的自然层流超临界翼型，虽然兼顾了三维横流扰动波增长的抑制，但是，发明人发现，其仍然具有激波强度较大，阻力发散特性较差的问题，从而导致超临界特性较差。

可见，现有技术中的方法，虽然实现了在跨声速下翼型表面维持较大范围的自然层流。然而由于其过多侧重于自然层流特性，但翼型上表面激波强度较强，阻力发散特性较差，超临界特性无法被很好地兼顾。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型及其设计方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型，在设计状态下，翼型上表面具有以下的压力分布形态：

在翼型上表面40％C到50％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值为零；在翼型上表面50％C到58％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值从零逐渐线性减小，58％C处的顺压梯度值不小于-0.4；

在翼型上表面前缘区域，即弦向范围为5％C～40％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值逐渐线性增加到零，5％C处的顺压梯度值不小于-2.4；其中，C为翼型弦长。

优选的，一种兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型，其特征在于，兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型的上表面数据点坐标见表1；兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型的下表面数据点坐标见表2；

表1翼型的上表面数据点

表2翼型的下表面数据点