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Aerodynamic Performance Enhancement of Tiltrotor Aircraft Wings Using Double-Row Vortex Generators
International Journal of Aeronautical and Space Sciences ( IF 1.4 ) Pub Date : 2021-03-25 , DOI: 10.1007/s42405-020-00346-8
Hao Chen , Bo Chen

To improve the aerodynamic performance of tiltrotor aircraft, the flow characteristics of the V-22 airfoil without and with one, two parallel rows of vortex generators (VGs) were investigated using numerical simulation methods. The results were obtained with three-dimensional compressible Reynolds-averaged Navier–Stokes equations, and the turbulence was simulated with the SA-based DES model. The influence of the chordwise installation of VGs was emphatically discussed. First, the single-row VGs are, respectively, mounted at the 10, 20, and 40% chord positions, denoted as VGs1, VGs2, and VGs3. The results indicate that with the addition of the optimal configuration (VGs1), the maximum lift coefficient is extended from 1.43 to 2.44, and the stall angle of attack increases from 10° to 22° with respect to the clean airfoil. The drag coefficient of the airfoil with VGs1 is 60.8% lower than that of the airfoil without VGs at an angle of attack of 24°. On this basis, the double-row VGs’ arrangements are located at the 10 and 30% chord positions (VGs4), the 10 and 50% chord positions (VGs5) and the 10 and 70% chord positions (VGs6). Compared to single-row VGs, double-row VGs have the greater potential to suppress the flow separation. Due to the effect of VGs4, the maximum value of lift coefficient has increased to 2.61. However, the case of VGs6 degrades the overall aerodynamic performance as compared to VGs1. Further research suggest that with the increase in the height of the second row of vortex generators (VGs7), the aerodynamic characteristics of airfoil A821201 can be effectively enhanced at large angles of attack.



中文翻译:

使用双排涡流发生器增强倾转机飞机机翼的空气动力学性能

为了提高倾转旋翼飞机的空气动力学性能,使用数值模拟方法研究了不带和带有一排,两排平行涡流发生器(VG)的V-22机翼的流动特性。用三维可压缩雷诺平均Navier-Stokes方程获得了结果,并使用基于SA的DES模型模拟了湍流。着重讨论了弦式安装VG的影响。首先,将单排VG分别安装在10%,20%和40%的和弦位置,分别表示为VGs1,VGs2和VGs3。结果表明,通过添加最佳配置(VGs1),相对于干净的机翼,最大升力系数从1.43扩展到2.44,堵转角从10°增大到22°。具有VGs1的翼型的阻力系数比没有VGs的翼型的阻力系数低24%迎角。在此基础上,双排VG的排列位于10%和30%的和弦位置(VGs4),10%和50%的和弦位置(VGs5)以及10%和70%的和弦位置(VGs6)。与单排VG相比,双排VG具有更大的抑制流动分离的潜力。由于VGs4的作用,升力系数的最大值已增加到2.61。但是,与VGs1相比,VGs6的情况降低了整体空气动力学性能。进一步的研究表明,随着第二排涡流发生器(VGs7)高度的增加,可以在大迎角条件下有效地提高翼型A821201的空气动力学特性。与没有VG的机翼相比,其迎角为24°时降低了8%。在此基础上,双排VG的排列位于10%和30%的和弦位置(VGs4),10%和50%的和弦位置(VGs5)以及10%和70%的和弦位置(VGs6)。与单排VG相比,双排VG具有更大的抑制流动分离的潜力。由于VGs4的作用,升力系数的最大值已增加到2.61。但是,与VGs1相比,VGs6的情况降低了整体空气动力学性能。进一步的研究表明,随着第二排涡流发生器(VGs7)高度的增加,可以在大迎角条件下有效地提高翼型A821201的空气动力学特性。与没有VG的机翼相比,其迎角为24°时降低了8%。在此基础上,双排VG的排列位于10%和30%的和弦位置(VGs4),10%和50%的和弦位置(VGs5)以及10%和70%的和弦位置(VGs6)。与单排VG相比,双排VG具有更大的抑制流动分离的潜力。由于VGs4的作用,升力系数的最大值已增加到2.61。但是,与VGs1相比,VGs6的情况降低了整体空气动力学性能。进一步的研究表明,随着第二排涡流发生器(VGs7)高度的增加,可以在大迎角条件下有效地提高翼型A821201的空气动力学特性。双排VG的布置位于10%和30%和弦位置(VGs4),10%和50%和弦位置(VGs5)以及10%和70%和弦位置(VGs6)。与单排VG相比,双排VG具有更大的抑制流动分离的潜力。由于VGs4的作用,升力系数的最大值已增加到2.61。但是,与VGs1相比,VGs6的情况降低了整体空气动力学性能。进一步的研究表明,随着第二排涡流发生器(VGs7)高度的增加,可以在大迎角条件下有效地提高翼型A821201的空气动力学特性。双排VG的排列位于10%和30%和弦位置(VGs4),10%和50%和弦位置(VGs5)和10%和70%和弦位置(VGs6)。与单排VG相比,双排VG具有更大的抑制流动分离的潜力。由于VGs4的作用,升力系数的最大值已增加到2.61。但是,与VGs1相比,VGs6的情况降低了整体空气动力学性能。进一步的研究表明,随着第二排涡流发生器(VGs7)高度的增加,可以在大迎角条件下有效地提高翼型A821201的空气动力学特性。双排VG具有更大的潜力来抑制流分离。由于VGs4的作用,升力系数的最大值已增加到2.61。但是,与VGs1相比,VGs6的情况降低了整体空气动力学性能。进一步的研究表明,随着第二排涡流发生器(VGs7)高度的增加,可以在大迎角条件下有效地提高翼型A821201的空气动力学特性。双排VG具有更大的潜力来抑制流分离。由于VGs4的作用,升力系数的最大值已增加到2.61。但是,与VGs1相比,VGs6的情况降低了整体空气动力学性能。进一步的研究表明,随着第二排涡流发生器(VGs7)高度的增加,可以在大迎角条件下有效地提高翼型A821201的空气动力学特性。

更新日期:2021-03-25
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