后缘襟翼对NACA0018翼型性能影响的数值研究

针对NACA0018厚翼型在Re = 1.38 × 105下安装不同高度格尼襟翼与锯齿襟翼对翼型气动性能影响进行数值模拟研究。比较原始翼型和2%，4%，6%弦长高度的格尼襟翼与锯齿襟翼的气动性能，同时对襟翼后尾迹流场结构进行分析。结果表明，格尼襟翼的增升效果随襟翼高度的增加而增加，但是当高度达到6%c时由于阻力的急剧增大，升阻比降低，而在6%弦长的襟翼高度内，锯齿襟翼升阻比随高度的增加均有所增大，6%c的锯齿襟翼性能最佳。格尼襟翼开锯齿后，气体通过锯齿后会在齿根与齿尖分别形成两对方向相反的旋涡，此旋涡与格尼襟翼产生的脱落涡掺混耗散，使脱落涡很快消失，削弱由于格尼襟翼后产生旋涡而引起尾流的不稳定性，从而减小了翼型的阻力，提高升阻比。

格尼襟翼(Gurney Flap，简称GF)是一种安装于叶片尾缘压力面侧并垂直于弦长的平板，其作用是提高翼型的升力，同时抑制吸力面分离。Liebeck [1]通过实验研究指出当襟翼高度在边界层(1%~2%C)内时，可以获得很好的气动增益，其中1.25%C 襟翼的升力系数最高。当襟翼高度超过2%时阻力显著增加，翼型升阻比下降。同时他也提出了格尼襟翼后缘流动结构假设，即格尼襟翼使尾流向襟翼方向偏转，并在襟翼下游形成了独特的双涡系结构，从而改变了翼型后缘的库塔条件和环量。GF 作为一种后缘微型被动式流动控制装置被广泛的应用于提升翼型的气动特性。杨瑞等[2]在PhaseVI 水平轴风力机三维叶片上对比了安装不同高度襟翼后叶片的气动特性，指出3%C 高度的GF 对风力机的性能提升最为明显。崔钊[3]通过数值模拟对比了0.5%、1.0%以及2.0%C 的格尼襟翼对翼型升阻力的影响，襟翼高度越大，升力越高。He [4]通过数值模拟也验证了这一结论。襟翼可以加剧翼型有效偏转角，减小或消除翼面表面分离，从而增大翼面气动载荷，提升翼型升力，但是由于翼型阻力的增大，安装襟翼往往降低了升阻比[5]。

Vijgen 等[6]提出锯齿型襟翼(Serrated Gurney Flap，简称SGF)以改变尾迹强度、分布，降低襟翼造成的阻力。可明显改善翼型在中小攻角范围内气动特性。李亚臣[7]通过对NACA0012 翼型的GF 开不同尺寸锯齿的实验研究发现GF 上开出锯齿会同时导致升力和阻力下降，但升阻比是否会提高则应视其是否更接近最佳GF 高度的有效迎风面积。沈遐龄[8]通过对NACA0012 翼型安装4%C 高度的锯齿襟翼研究在不同偏角下的增升效益，结果表明随偏角增大升力系数明显增加，但当偏角大于30˚时，升力系数增大幅度减缓。PIV 测量表明齿形襟翼的齿边向上卷起的流向涡使上翼面后部气流向翼型表面吸附，推迟了上翼面气流的分离，从而提升了气动特性。张惠[9]利用风洞实验对比了DU93-W-210 翼型加装平板襟翼和齿形襟翼的增升效果，由于中小升力系数下，加装平板襟翼升阻比降低，对其开锯齿减小了有效迎风面积，可以有效的减小阻力，增加升阻比。