[科普中国]-机身干扰下外露翼升力

定义

机身干扰下外露翼升力是指有机身干扰影响下的外露翼升力。1

外露翼升力外露翼升力是指翼身组合体中孤立外露机翼(不包括机身覆盖部分)所产生的升力。

对于亚音速飞机，通常可以认为，翼身组合体的升力等于一对假想的单独机翼的升力，这一对机翼是将两个悬臂段延长到对称平面而形成的，当机身直径对翼展的比值不大时，在小马赫数下，这种近似比较精确。但是现代超音速战斗机的直径对翼展的比值可以达到0.3-0.5，在这种情况下用单独的机翼代替翼身组合体就会带来很大误差。此时，总升力应等于考虑机身对机翼升力影响的修正的外露翼升力和单独机身升力之和。2

机翼与机身之间的相互干扰机身使外露机翼处的迎角增大，从而使外露机翼的升力增高。另一方面，外露机翼上下表面的压强差传送到机身上，也使机身产生升力增量。对于无限长圆柱形机身与小展弦比机翼的组合体，理论表明在机翼安装角为零时，机翼-机身组合体的升力比由左右两半外露翼所组成单独机翼的升力大。空气动力干扰也往往使机翼（尾翼）机身组合体的阻力比单独机翼(尾翼)和单独机身阻力之和为大，其增量称干扰阻力。在亚音速时，主要是由于在机翼和机身连接处的边界层相互干扰而增厚甚至分离，导致型阻力增大。当机翼和机身的交接界面的夹角小于90°时，型阻力增量最严重，这时必须对翼身连接处采取整流措施或使用填角块。在跨音速和超音速时，除了干扰型阻力外，由于机翼和机身的激波相互干扰，还会产生干扰波阻力。如果设计得当，这种干扰波阻力可能是负的，即起拉力的作用。

旋翼/机翼/机身气动干扰倾转旋翼飞行器在结合了直升机和固定翼飞机两种时示器的优点的同时，也因此有着比两者更多的研究问题。它的研究所涉及的学科也相对较广、研究难度较大。如气动干扰、气弹稳定性、飞行控制等。其中，旋翼/机翼/机身气动干扰是倾转旋翼时示器空气动力学研究的重点，而过渡状态的气动干扰问题又是倾转旋翼机气动干扰的研究难点。这主要是由于过渡状态与悬停和前飞状态不同，这时的旋翼对于机翼和机身的相对位置是不断发生变化的，机翼和机身处在时刻改变的旋翼尾流之中，旋翼对它们的下洗作用以及它们表面的压力分布很难预测。而另一方面，机翼和机身对旋翼尾流亦具有重要的影响，这些就使得过渡状态的相互气动干扰问题变得十分复杂。同时，倾转旋翼飞行器过渡状态的气动干扰对该飞行器的飞行性能、操纵及稳定性等方面也存在不利影响。因此，深入研究旋翼/机翼/机身的气动干扰问题尤其是过渡状态的气动干扰问题具有重要的理论和实际意义。

旋翼流场的数值模拟是进行倾转旋翼机旋翼/机翼/机身干扰流场分析的关键。然而，由于桨叶的旋转，使得网格生成和计算量大幅增加，这进一步增加了干扰流场模拟的困难。为了提高计算效率，一些学者采用了基于动量源的CFD方法来开展该飞行器的干扰流场分析。在文献中，Poling等人用基于动量源模型的三维N-S方程(定常，不可压)计算了的双旋翼、旋翼/机翼/映象平面、孤立旋翼这三种情况下的流场特性，得到了一些有意义的结论。Fejtek和Roberts仍将旋翼模拟为作用盘，但采用非定场可压N-S方程分别计算了悬停状态单独旋翼流场和旋翼加机翼流场。该文献给出了非定常流场的结果，捕获了一些复杂流场的特征，包括机翼前缘和后缘气流分离现象。为此，成宝峰也应用作用盘模型开展倾转旋翼机流场的模拟，并考虑机身的干扰影响，对旋翼/机翼/机身非定常干扰流场进行计算和分析。3