本文研究大展弦比无尾布局的气动舵面设计问题。针对大展弦比无尾飞翼布局的气动设计特点,提出了复合式舵面和开裂式舵面相结合的气动舵面设计初步方案,应用并发展势流加紊流附面层阻力修正的计算方法,计算了大展弦比无尾飞翼布局气动舵面的操纵控制特性,分析了各种舵面实现操纵控制的能力及存在的问题,对舵面功能进行了划分,提出了可供大展弦比无尾飞翼布局研究选择的舵面设计方案。研究工作包括以下方面: 1) 综合分析国内外在无尾布局气动舵面研究方面的现状和进展,对各种气动舵面的设计概念、功能、存在的问题进行了分析和讨论,为本文工作和无尾气动布局研究提供了有益的借鉴和参考。 2) 在分析较小后掠角大展弦比机翼及带舵面绕流特性的基础上,根据布局流动特点和所研究问题需要,确定了采用亚、超音速统一近场理论、利用速势方程计算布局的升力、力矩和诱导阻力,采用前缘吸力模拟、紊流附面层积分方法并结合部件干扰的工程经验对阻力加以修正的计算方法。对计算外形尽可能划分更多面元,以提高对超临界机翼外形模拟准确性,并利于增加附面层片条计算数目,提高粘性阻力修正的精度。采用以上方法保证阻力计算结果的准确性与可靠性。 3) 通过对大量国外带舵面机翼流动特性和压力分布实验与精确数值模拟研究结果分析,提出了对小后掠角大展弦比机翼舵面偏转流动变化对机翼其余部分流动影响可忽略的假设与简化,同时,采用N-S方程加k-ε湍流模型的精确流体力学数值模拟方法计算了所研究大展弦比飞翼布局右侧开裂式阻力方向舵打开时的流动特性与压力分布,对这种假设和简化进行了验证。验证表明,采用的假设和简化与机翼上表面扰流板的流动特性和压力分布结论符合,接近实际流动情况,是合理的。 采用国内外风洞实验结果和精确数值模拟方法对本文方法中的粘性阻力修正、绕舵面偏转流动计算方法进行了验证。结果表明,本文方法对计算舵面偏转后的布局气动力合理可行,结果可信,且保持了面元法快速简便的特点。4)进行了基本外形的气动性能计算,研究分析了布局的设计特点,根据基本外形气动性能,提出了复合式舵面和开裂式舵面相结合的舵面设计思想和初步方案。通过舵面的不同组合,用于纵向、横向和航向稳定与操纵控制。复合式舵面由3组襟副翼组成,用于纵向操纵控制,部分舵面兼具横向操纵功能;开裂式舵面,分为上下两片,根据需要,可上下反向打开、或合在一起同向偏转,用于航向或滚转操纵控制。 5)计算了大展弦比无尾飞翼布局舵面初步设计方案的纵向、横向和航向操纵控制特性,分析了各种舵面实现操纵控制的能力及存在的问题。根据计算结果,对舵面功能进行划分,提出了可供大展弦比无尾飞翼布局研究选择的舵面设计方案如下: ①复合式舵面作为纵向操纵控制舵面使用时,在所研究偏度范围均具有较高的舵面效率;在改变布局的纵向静稳定性方面是有效的,具有增加纵向静稳定性能力,其具体作用可根据布局增升及飞行操纵控制的需要确定。中间襟翼和外侧襟翼均可提供纵向操纵控制能力。 ②复合式舵面采用不同偏转角度组合成分布式襟翼概念设计,是偏航操纵控制的有效手段,且祸合滚转可以消除,可代替阻力方向舵进行航向操纵控制,具有发展前途。 ③复合式舵面采用不同偏转角度组合成分布式襟翼概念设计,可作为单独滚转操纵控制手段,即、作为常规副翼使用:也可作为偏航和滚转联合操纵控制的手段。 ④开裂式舵面以阻力舵概念用于航向操纵控制时,是一种极为有效的偏航操纵控制措施,可满足无尾大展弦比飞翼布局航向控制需要。同时,将祸合较大的滚转力矩,必须通过其它舵面协调工作予以消除和抑制。 ⑤开裂式舵面上下两片合在一起同向偏转,即成为常规副翼设计概念,可用于横向滚转操纵控制。关键词大展弦比无尾布局复合式舵面设计势流计算紊流附面层阻力修正 气动特性