XFoil是用于分析翼型(2D)和机翼、甚至整个飞机(3D)气动力的共享软件,它由MIT(麻省理工)航空航天系的Prof. Mark Drela 和 H. Youngren开发。XFLR5是使用Xfoil作为求解器,有友好用户界面的开源软件,软件支持英语、日语、法语、德语,可供不同的用户选择,喜欢的朋友不妨下载试试!
使用教程
一、翼型分析
本节内容会教大家使用XFLR5来分析翼型NACA 0012的一些基本步骤。
1、打开XFLR5,在File(文件)菜单中点击Direct Foil Design(直接设计翼型),翼型设计的窗口就打开了。显示了一个默认的翼型Spline foil,把翼型列表中的去掉Show复选框中的“√”,将该翼型隐藏。
2、在Foil(翼型)菜单中选择Naca Foils(Nace翼型),弹出一个翼型选择对话框“4 or 5 digits”的意思是四位或五位翼型,输入0012,Number of Panels为确定翼型轮廓线的点的数目,保持100不变。Number of Panels为确定翼型轮廓线的点的数目,保持100不变,点击OK确定。明显Naca 0012是个对称翼型。
3、下一步,在File菜单中选择XFoil Direct Analysis(翼型分析),进入翼型的分析,点击“OpPoint view”(Operating Point (OpPoint) object,可能翻译为操纵点)打开“操纵点视图”,这个窗口显示的是压力分布曲线(cp vs x/c,cp为压力,x/c为沿弦长方向的位置,即曲线表示不同位置上的压力是多少)和翼型的形状(在下方)。
4、点击Analysis(分析)菜单中的Define an Analysis(定义一个分析),Analysis Type选择Type 1,即雷诺数和马赫数使用给定值。将Reynolds(雷诺数)设为1000000,Mach设为0.00(意味着非常低的马赫数)。在Analysis Name(分析的名称)中,你可以使用Automatic(自动命名)和User Defined(用户自定义)两种方式。
5、点击OK确定后,在NACA 0012下拉框旁边出现了这个分析的名称
6、现在,我们可以进行分析了。在右边的XDirect中将a (angle of attack,攻角)设置为4°(在Start中),点击Analyse分析可以得到下面的这个结果。这里有两条曲线,一条是翼型上表面压力,另一条是下表面压力。可以看出,上表面的压力曲线到了0.9的弦长位置的时候,负的压强变为正压,因为在这个地方附近气流发生了分离,甚至倒流!注意Cp轴是反过来的,负的数值在上面,因为一般来说上表面产生的是负压。当你设置a设为0°的时候,分析得到的只有一条曲线,是因为NACA0012是对称翼型,上下表面的压强曲线相同而重合了。
7、在相应的图上右击会弹出一个右键菜单,里面的Define Graph Setting 可以设置图表的属性,选项卡的内容分别是Variables(变量设置)、Scales(缩放)、Axis and Grids(轴线和网格)、Fonts and BackGround(字体和背景)。
8、下一步,就是为这个翼型设置襟翼。回到Direct Foil Design菜单,选择Set Flap(设置襟翼),其中L.E.Flap指Leading Edge flap(前缘襟翼),T.E.Flap指Trailing Edge flap(后缘襟翼),勾选T.E.Flap,设置Hinge(铰链,指旋转中心)的位置在80%弦长,10%厚度的地方,扭转角为10%(+is down 即正值就为向下扭转)。点击OK后程序要求你给该翼型命名,这里设置为NACA 0012 flap
9、之后,转到XFoil Direct Analysis(翼型分析)对它进行分析,将攻角范围设置为-4°到20°,间隔为△为1°,就像刚才那样处理。
二、机翼分析
1、最后,到了我们比较关心的部分了,就是建立一个三维的机翼。为了达成目的,我们需要足够的2D数据(翼型的数据)来支撑3D的分析。最好的方法是使用Polars > Batch Analysis。我将会定义一系列范围的Re(雷诺数)和angles(攻角),这是因为一个三维机翼的雷诺数和攻角是随后掠角、变截面(taper)、扭转角、上反角以及其他的机翼外形因素而改变的。我将会对NACA 0012(无襟翼)进行分析,设置雷诺数Re的范围为80,000到1,80,000,步进为10,000,以及攻角的范围为-4~20°,步进为1°。这大概会花费几分钟的时间。有时候分析的结果并不会收敛。L/D值的峰值也会随雷诺数Re而变化,主要是因为阻力发生了变化。
有了这些数据,就可以对机翼进行分析。转到Wing and Plane Design中,选择Wing-Plane,点击Define a New Wing(定义一个飞翼),机翼从根部节段开始定义。最简单的机翼只有两个节段,翼根和翼尖。节段处的翼弦长度决定了根梢比(taper),而偏移量(offset)决定前缘的后掠角。这里我们定义一个直机翼,弦长(chord)为0.25m,展弦比(AR)=8,以及从翼根到翼尖偏移0.05m,(大概前缘后掠角为2.86°)。点击“Save and Close”保存设置并关闭这个对话框。
2、点击Polars-Define an Analysis定义一个分析,这里我把默认的LLT改为VLM,点击OK确认。然后,攻角设为-4°~10°,点击Analyze。
3、这样分析结果就出来了。Results一栏里,可以选择显示哪些结果。
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