无人机翼型优化设计报告2-1.1低雷诺数和高雷诺数的优化

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接上文《翼型优化方法的简析》~

1.1低雷诺数优化

低雷诺数翼型与传统的高雷诺数翼型存在差异。低雷诺数翼型厚度小且变化缓慢，GOE系列、Sd和Eppler系列翼型多可作为低雷诺数翼型使用。

随着雷诺数的降低，翼型的效率会降低，且更容易发生分离。在翼型的流动特性上最关心的有两点：

1)翼型前缘或后缘的分离

2)翼型前缘或后缘从层流到湍流的转捩。分离和转捩对雷诺数、压力梯度和来流是很敏感的。它们在边界层的发展中扮演着重要的角色，并最终影响翼型的空气动力特性。雷诺数较低时，流动绕翼型通常为层流，边界层内流动动量不足，很难克服翼型尾部的逆压梯度，容易造成层流分离，这对翼型的气动性能极为不利。而在雷诺数较高时，流动易形成湍流边界层，湍流在边界层内具有较强的掺混效果．能够从来流中提取更多的动量进入边界层。边界层内具有更高动量的流体能够克服流动的逆压梯度，使流动附着而不易发生分离。翼型绕流发生分离后，一般会再附形成分离泡。分离泡分为层流分离泡和湍流分离泡。雷诺数为100000时，分离泡一般会占翼型弦长的20%-30%，分离泡会改变压力系数的分布，对翼型气动特性影响较大。当雷诺数更高时，分离泡一般为短泡分离，约占弦长的几个百分比，但短泡分离对翼型气动特性影响相对较小。

微小型飞行器和临近空间飞行器多在低雷诺数范围内飞行，该类飞行器不仅雷诺数低，而且驱动动力能源非常有限，长航时的追求是此类飞行器的研制重点。因此，对翼型的优化应从减小功耗方面考虑。升阻比K=C_L/C_D与功率因子PI=C_L^1.5/C_D从公式形式接近，实际中，翼型升阻比最大时的功率因子不一定最大，反之也成立。低速飞机在飞行过程中的简化功率公式为：

其中功率因子定义为：

式中，W为飞行中飞机总质量，ρ为来流密度，S为机翼面积。可以看出翼载荷W/S和功率因子PI可以决定飞机的飞行功耗，翼载荷固定时，功率因子越大，飞机功耗就越小，飞行时间也越长。因而低雷诺数翼型以提升功率因子为优化目的更具实际意义。目前，针对低雷诺数翼型的气动外形优化设计研究相比传统翼型还不是很丰富。

1.2高雷诺数优化

普通的翼型气动优化目的一般是为了提高飞行器的气动效率，高雷诺数翼型的优化目的在于获取升阻比最优翼型。国内外文章多是介绍高雷诺数翼型的优化。

来源：无人机工坊uashub

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首次发布时间：2024-07-14