FLUENT栅格尾翼的超声速气动特性研究(2)
1.2 栅格翼的性能特点 作为一种新型的升力面，栅格翼的许多性能都优于传统的单翼面。主要包括以下几个方面[2,3]。 栅格翼具有良好的升力特性。它能在亚、 跨、超声速条件下有效的产生升力，特别是在大攻角和高马赫数时，其升力特性的优势比传统单翼面更明显。而且栅格翼临界攻角大，这样在攻角比较大时，栅格翼面的气流不易分离，从而减少了升力损失，有效保持合理的升阻比，维持飞行稳定性。而单翼面平板翼临界攻角小，过了临界攻角以后，由于剧烈的气流分离，升力系数减小，升力急剧下降，从而造成“失速”，给飞行器安全稳定飞行带来威胁。 栅格翼提供升力的效率高。由于栅格翼独特的结构——相互交叉的薄栅格壁，在相同体积情况下，栅格翼翼面总升力面积大，从而使得其提供的升力大，尤其是在超音速条件下，升力比单翼面大得多。 栅格翼能在宽广的 数和攻角范围内有效发挥作用。这不仅是因为它弦向尺寸小，在宽广的 数和攻角范围内压心位置变化小，从而保持飞行稳定性，而且如前所述，栅格翼升力特性优良，在超音速时栅格内绕流很少相互干扰。 栅格翼铰链力矩小。源]自=优尔-·论~文"网·www.youerw.com/ 由于栅格翼弦向尺寸小，压心变化范围小，使得铰链力矩小，这样作动机构简单小巧，所需舵机功率小，可以使用较小的舵机，从而减小飞行器重量。 栅格翼控制效率高。因为栅格翼临界攻角比单翼面大，而且在攻角超过临界攻角后，栅格翼翼面升力降低的速度也比单翼面慢，从而有利于栅格翼的操纵。 栅格翼是一种简短悬臂梁，内部为交叉布局的薄壁桁架结构，这就使得栅格翼结构强度高，质量轻，具有很高的强度——质量比。而且，栅格翼结构高度与展长相当，而弦向尺寸小，这样它就可以很方便的折叠在弹体上而不显著增加弹体外形尺寸。这一特点使得栅格翼适于筒式发射导弹武器系统，这也是平板翼所难以实现的。 栅格翼虽然有众多的优点，但至今仍未广泛使用，究其原因，是由于栅格翼存在一些目前还难以克服的缺点，主要包括以下几个方面[2,3]。 与同升力面面积的单面翼相比，栅格翼阻力比较大。这是由于栅格翼弦向尺寸小，雷诺数低，导致摩擦阻力大。另外，在跨音速时，在栅格翼迎风面端口处将产生正激波，使得波阻增大。随着速度的增加，激波会向格内移动，在翼元之间会产生斜激波、膨胀波，并且这些激波会发生相交和反射，导致波阻增大。 在亚音速时，栅格内形成的管流随着来流速度的变化呈现复杂的流动状态, 对栅格翼的空气动力特性产生很大的影响, 形成与常规平板弹翼不同的气动变化规律[4]，最终使其气动特性比单翼面低。 由于栅格翼特殊的结构，导致制造工艺复杂。栅格翼的格间距、格壁厚度以及格壁端面倒角等因素都会对栅格翼的升力性能产生重要影响。因此对栅格翼的加工制造要求高，而目前的制造工艺想完全满足要求尚有困难。这也导致栅格翼无法广泛使用的一个原因。 另外，现代飞行器非常重视隐身性，实现导弹武器系统隐身性也是未来发展趋势。而栅格翼的特殊结构决定了它的雷达反射面大，隐身性能非常差，这也是妨碍栅格翼广泛使用的一个非常重要的原因。
1.3 国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状[3,5] 自20世纪40年代开始，苏联科学家就已经开始对栅格翼进行各方面的研究，包括空气动力、结构、强度、质量以及制造工艺等。50年代，苏联科学家探讨了栅格翼气动特性的解析和工程计算方法：研究了风洞的实验技术；进行了大量的气动计算和实验，形成了一套设计方法，并成功地将栅格翼用到联盟号宇宙飞船救生逃逸系统的稳定翼面上。70年代开始，苏联科学家开始在导弹设计中应用栅格翼，尤其是弹道导弹文献综述，比较典型的有SS—12薄板战术弹道导弹、SS 一20先锋战略导弹、SS一 21圣甲虫B弹道导弹、SS—23蜘蛛战术弹道导弹以及 SS一25镰刀洲际弹道导弹， 其中SS—12薄板导弹就是赫赫有名的“飞毛腿” 导弹。90年代初，俄罗斯首次在 R—77空一空系列导弹上采用 4片栅格尾翼舵面取代常规的舵面，其突出的结构特点和空气动力特点受到了西方军事界的高度重视。另外，俄罗斯OTR—21 圆点—U型短程弹道导弹尾部也装有栅格翼，栅格翼气动与矢量控制方式配合使用，充分利用彼此的优点。
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