不同迎角对NACA 0006 翼型性能的影响

1 引言

NACA 0006 翼型是比较简单的低速翼型，通过翼型专用设计软件profili 来获得其主要几何参数，由导出的 .dat 文件可以获得翼型截面点的相对坐标值。机翼主要是为了提供升力 ， 但在流体中运动的物体不可避免地会受到阻力的作用。因此 ， 高升力、低阻力的翼型一直是翼型设计中所追求的目标。影响翼型性能的因素主要有两方面的原因 ： 一是来流的运动状态 ， 如来流的速度、迎角、雷诺数等 ; 二是翼型的几何形状 ，如翼型的弯度、厚度、表面光滑度及前缘抬高高度等。本文采用 Fluent软件对不同迎角的 NACA 0006 翼型进行数值模拟 ， 分析迎角对该翼型性能的影响。

2 计算域和网格划分

考虑流动的充分发展和计算的收敛性 ， 计算域外部边界与翼型边界间距离应超过翼型弦长的 10 倍以上，并采用与外围边界适应性最好的 C 型网格。采用计算流体动力学专用前处理软件 Gambit 对计算域进行离散化 ， 并对翼型附近区域做加密处理 ， 网格内密外疏，总网格数为50500

3 计算与仿真结果

采用 Spalart-Allmaras 湍流模型对 NACA 0006 翼型外部流场进行数值模拟，在迭代计算过程中对残差的收敛情况进行观察，并对翼型的升力系数和阻力系数的收敛情况进行监测，其残差收敛如图 1 所示。升力系数和阻力系数是表征升力和阻力大小的无量纲数，分别用 Cl 和 Cd 来表示。在 Ma=0.8 时，对该翼型不同迎角时的流场进行数值模拟，得到翼型的升力和阻力系数随迎角的变化曲线如图2 所示。

为分析迎角对翼型气动性的影响，需要分析飞机翼型的升阻比，升阻比是升力和阻力的比值，升阻比愈大说明翼型的空气动力性能愈好，翼型的气动效率愈高。在 Ma=0.8 时，通过前面对该翼型不同迎角时的流场进行数值模拟，得到 NACA 0006 翼型各迎角下的升阻比曲线如图3 所示。通过该图分析得到NACA 0006 翼型最大升阻比约为25。

通过图3 对 NACA0006 翼型的升阻比的分析，NACA 0006 翼型在迎角为 2^∘ °时升阻比达到最大值。随迎角的继续增加，升阻比开始下降，该翼型的气动性能开始恶化，翼型的升阻比先增大后减小。由此可见，NACA 0006 翼型失速迎角约为 2°。

4 结论

通过 Fluent 中的 Spalart-Allmaras 湍流计算模型对 NACA 0006 翼型外部流场进行数值模拟，根据翼型表面压力分布云图可知，随着迎角的增大，翼型上下表面的压力系数之间的差距逐渐增加 ， 使得升力逐渐增大，这与翼型的升力、阻力系数随迎角的变化曲线相吻合。若迎角继续增大，则阻力在翼型的受力中起主导作用，翼型逐渐进入失速状态，由翼型的升阻比曲线可知翼型 NACA 0006 的最大升阻比出现在 2^∘ 迎角附近 ， 其值约为 25，此时该翼型的空气动力性能最佳。因此，本文对翼型NACA 0006 的数值模拟分析对飞行器的设计有一定的参考价值。

5 参考文献

[1] 王福军. 计算流体动力学分析—CFD 软件原理与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2004.

[2] 金忠青. N- S 方程的数值解和紊流模型 [ M]. 南京： 河海大学出版社.

[3] 李鹏飞， 徐敏义， 王飞飞. 精通CFD—工程仿真与案例实战. 人民邮电出版社 ， 2013.

[4]Marco R C ，Ernesto B.Effect of blade inclination angle on a darrieuswind turbine[- J- ]．T ranscations of the ASME，2012，134（5）：I- 10．

[5] 马林静; 陈江; 杜剐 风力机翼型气动特性数值模拟[ 期刊论文]-{H} 太阳能学报 2010（02）

[6] 1. 倪佩佩. 张海s杰. 吴国庆. 王颖达 麻花型垂直轴风力机三维气动性能的数值模拟及分析[ 期刊论文]- 制造业自动化2013（23）

[7] 高杰，高丽敏，韩伟，等．附面层吹吸气对跨音速叶栅气动性能影响的数值研究［ J］西北工业大学学报，2011，29（ 1） ：123- 127