无人机高升力缓失速翼型气动特性分析与设计

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随着未来战争形式的改变,无人作战已经逐步占据重要地位,中小型战术无人机方便灵活、利于部署,得到了广泛关注。由于战术无人机作战任务特殊,有在失速攻角附近飞行的可能性,为了保证其飞行的安全性,需要具有缓失速特性;另外,其作战环境复杂,为了降低对起降环境的要求以及提高长航时能力,需要具有高升力、高升阻比。为了获得以上性能,论文从二维翼型出发,对高升力缓失速翼型和高升力分段翼型进行设计与分析。缓失速翼型可以消除速度安全裕度,扩大升力可用范围到最大升力,而且能够保证飞行的安全性;分段翼型具有更高的升力与升阻比,适于长航时飞行,两类翼型均适用于中小型战术无人机。论文利用FFD参数化方法、优化拉丁超立方试验方法、Kriging代理模型、MIGA与NLPQL相结合的算法,构建了优化设计框架,构建了优化设计框架,用于两类翼型的设计。论文通过优化设计得到了两种相对厚度的高升力缓失速翼型GY-MS-18和GY-MS-16。与基准翼型相比,设计得到的翼型失速攻角增大,最大升力系数增加,缓失速性能良好。通过对翼型几何特征和流场的分析发现,缓失速翼型具有较大的前缘曲率半径,最大厚度位置靠近前缘,弯度较大,并且最大弯度位置靠近后缘。论文获得了两种相对厚度的高升力分段翼型。首先利用二次曲线初步生成分段翼型,在巡航状态对分段翼型的形状与缝道参数进行优化设计,得到巡航构型;将襟翼偏转15°、-10°、60°,分别作为增升构型、加速构型、刹车构型,并验证了以上构型的气动特性。结果表明:巡航构型具有高升力、大升阻比,适于长航时飞行;增升构型具有更高的升力,满足起飞状态对升力与升阻比的要求;刹车构型的阻力大,升力保持在较高水平,满足刹车状态以及着陆的要求;加速构型升力系数小,等升力条件下升阻比优于巡航构型,适合于加速状态使用。最后在三维机翼上对以上构型的气动性能进行了验证,结果表明设计得到的分段翼型性能良好,能够满足各自任务要求。论文获得了二维高升力缓失速翼型和高升力分段翼型,为长航时战术无人的三维气动布局设计奠定了基础。
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