DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-2-169-190


УДК533.65

О СОВРЕМЕННОМ ПОДХОДЕ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ САМОЛЕТНОГО ТИПА С КОРОТКИМ ВЗЛЕТОМ И ПОСАДКОЙ. ЧАСТЬ III. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИХРЕВОЙ АЭРОДИНАМИКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА МЕТОДОМ ДИСКРЕТНЫХ ВИХРЕЙ

Булат П. В., Минин О. П.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Булат П.В., Минин О.П. О современном подходе к проектированию беспилотных летательных аппаратов самолетного типа с коротким взлетом и посадкой. Часть III. Численное моделирование вихревой аэродинамики летательного аппарата мето-дом дискретных вихрей // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 2. С. 169–190. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-2-169-190

Аннотация

Настоящая публикация продолжает серию обзорных статей, посвященных актуальным задачам проектирования беспилотных летательных аппаратов следующего поколения, появления которых стоит ожидать в период с 2025 г. по 2035 г. Рассмотрены простые и эффективные численные методы, основанные на идеях вихревой несущей поверхности, позволяющие выполнять полноценный параметрический анализ летательных аппаратов, имеющих весьма сложную аэродинамическую форму крыла. Приведены примеры расчетов треугольного крыла малого и умеренного удлинения с острой и скругленной передней кромкой. Рассмотрены методы проектирования деформированных аэродинамических поверхностей с оптимальными свойствами, метод расчета механизации крыла. Изучено формирование вихрей на острых передних кромках, разрушение вихрей над поверхностью крыла, механизм диффузии вихрей. Изложен метод расчета крыльев малого удлинения. Выполнено сравнение полученных результатов с результатами эксперимента и проверочных численных расчетов.


Ключевые слова: Национальная технологическая инициатива, «Аэронет», беспилотный летательный аппарат, вертикальный взлет и посадка, короткий взлет и посадка, аэродинамика, метод дискретных вихрей, треугольное крыло малого удлинения, вихревая подъемная сила

Список литературы
 
  1. Булат П.В., Минин О.П. О современном подходе к проектированию беспилотных летательных аппаратов самолетного типа с коротким взлетом и посадкой // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 6. С. 961–996. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-6-961-996
  2. Prandtl L. Theorie des Flugzeügtragflugels im zusammendrückbaren Medium // Luftfahrtforschung. 1936. V. 13. P. 313.
  3. AeroNet. Распределенные системы беспилотных летательных аппаратов. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://nti.one/markets/aeronet, свободный. Яз. рус. (Датаобращения16.06.2017).
  4. Национальная технологическая инициатива [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://nti.one/nti/, свободный. Яз. рус. (Датаобращения16.06.2017).
  5. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 368 с.
  6. Isaev S.A., Baranov P.A., Kudryavtsev N.A., Lisenko D.A., Usachov A.E. Complex analysis of turbulence models, algorithms, and grid structures at the computation of recirculating flow in a cavity by means of VP2/3 and FLUENT packages. Part. 1. Scheme Factors Influence // Thermophysics and Aeromechanics. 2005. P. 549–569.
  7. Баранов П.А., Гувернюк С.В., Исаев С.А., Судаков А.Г., Усачов А.Е. Моделирование периодических вихревых структур в следе за профилем // Ученые записки ЦАГИ. 2014. Т. 45. № 2. С. 63–76.
  8. Isaev S.A., Baranov P.A., Zhukova Yu.V., Usachov A.E., Kharchenko V.B. Correction of the shear-stress-transfer model with account of the curvature of streamlines in calculating separated flows of an incompressible viscous fluid // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2014. V. 87. N 4. P. 1002–1015. doi: 10.1007/s10891-014-1098-x
  9. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model / In: Turbulence, Heat and Mass Transfer. 4th ed. / Eds. K. Hajalic, Y.Nogano, M.Tummers. Antalya, Begell House, 2003. P. 73–86.
  10. Spalart P.R. Strategies for turbulence modeling and simulations // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2000. V. 21. N 3. P. 252–263. doi: 10.1016/S0142-727X(00)00007-2
  11. Кюхеман Д. Аэродинамическое проектирование самолетов. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1983, 656 с.
  12. Flax A.H., Lawrence H.R. The aerodynamics of low-aspect-ratio wings and wing-body combinations // Proc. 3rd Anglo-American Aeron. Conf. 1951. V. 363.
  13. Katz J., Plotkin A. Low Speed Aerodynamics. 2nd ed. Cambridge University Press, 2001. 613 p.
  14. Белоцерковский С.М. Кольцевой вихрь при неустановившемся движении // Прикладнаяматематика и механика. 1955. Т. 19. № 2.
  15. Головкин М.А. Метод решения задачи об отрывном обтекании идеальной несжимаемой жидкостью произвольно движущегося трехмерного тела // Ученые записки ЦАГИ. 1977. Т. 8. № 2. С. 1–15.
  16. Лифанов И.К. Метод сингулярных интегральных уравнений и численный эксперимент (в математической физике, аэродинамике, теории упругости и дифракции волн). М.: Янус, 1995. 520 с.
  17. Белоцерковский С.М., Лифанов И.К. Численные методы в сингулярных интегральных уравнениях и их применение в аэродинамике, теории упругости, электродинамике. М.: Наука, 1985. 256 с.
  18. Воробьев Н.В., Шишкина Г.И. К вопросу о выборе дискретной вихревой схемы крыла / В кн: Задачи обтекания тел пространственной конфигурации. Новосибирск: ИТПМ, 1978.
  19. Margason R.J., Kjelgaard S.O., Sellers W.L., Morris C.E.K., Walkey K.B., Shields E.W. Subsonic panel methods - a comparison of several production codes // Proc. AIAA 23rd Aerospace Sciences Meeting. Reno, USA, 1985.
  20. Abbott I.H., von Doenhoff A.E. Theory of Wing Sections. New York: McGraw-Hill Book Company, 1949.
  21. Bangasser C.T. An Investigation of Ground Effect on Airfoils Using a Panel Method. Masters Thesis. University of Tennessee, 1993.
  22. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976.
  23. Drela M. Flight Vehicle Aerodynamics. Cambridge: MIT Press, 2014. 279 p.
  24. Falkner V.M. The solution of lifting-plane problems by vortex- lattice theory // ARC Report and Memoranda. 1953. N 2591.
  25. Головкин М.А. Метод расчета обтекания тел произвольным (вихревым нестационарным) потоком идеальной несжимаемой жидкости // Ученые записки ЦАГИ. 1986. Т. 17. № 6. C. 10–15.
  26. Белоцерковский С.М., Ништ М.И. Отрывное и безотрывное обтекание тонких крыльев идеальной жидкостью. М.: Наука, 1978. 352 с.
  27. Аубакиров Т.О., Белоцерковский С.М., Желанников А.И., Ништ М.И. Нелинейная теория крыла и её приложения. Алматы: Галым, 1977. 448 с.
  28. Головкин М.А., Головкин В.А., Калявкин В.М. Вопросы вихревой гидромеханики. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 264 с.
  29. Белоцерковский С.М., Котовский В.Н., Ништ М.И., Федоров Р.М. Математическое моделирование плоскопараллельного отрывного обтекания тел. М.: Наука, 1988. 232 с.
  30. Белоцерковский С.М., Скрипач Б.К., Табачников В.Г. Крыло в нестационарном потоке газа. М.: Наука, 1971.
    768 с.
  31. Bartlett G.E., Vidal R.J. Experimental investigations of influence of edge shape on the aerodynamic characteristics of low aspect ratio wings at low speeds // Journal of the Aeronautical Sciences. 1955. V. 22. N 8. P. 517–533. doi: 10.2514/8.3391
  32. Schlichting H, Truckenbrodt E. Aerodynamik des Flugzeuges. Berlin: Springer-Verlag, 1969.
  33. Sivells J.C. Experimental and calculated characteristics of three wings of NACA 64-210 and 65-210 airfoil sections with and without washout // NASA Technical Note 1422. 1947.
  34. Flax A.H. Reverce flow and variational theorems for lifting-surface in nonstationary compressible flow // Journal of the Aeronautical Sciences. 1953. V. 20. N 2. P. 120–126. doi: 10.2514/8.2553 
  35. Белоцерковский С.М. Тонкая несущая поверхность в дозвуковом потоке газа. М.: Наука, 1965. 244 с.
  36. Hansen M. Messungen an Krietrgflachen. Luftfahrtforschung, 1939.
  37. Polhamus E.C. Application of the leading-edge-suction analogy of vortex lift to the drag due to lift of sharp-edge delta wings // NASA Technical Note D-4739 (N68-21990). 1968.
  38. Polhamus E.C. A concept of the vortex lift of sharp-edge delta wings based on a leading-edge-suction analogy // NASA Technical Note D-3767 (N67-13171). 1966.
  39. Бюшгенс Г.С. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов. М.: Физматлит, 1998. 793 с.
  40. Henderson WP. 1966. Studies of various factors affecting drag due to lift at subsonic speeds // NASA Technical Note D-3584.
  41. Chu J., Luckring J.M. Experimental surface pressure data obtained onA65"delta wing across Reynolds number and Mach number ranges // NASA Technical Memorandum 4645. 1996. V. 3. 63 p.
  42. Saltzman E.J., Wang K.C., Iliff K.W. Aerodynamic assessment of flight- determined subsonic lift and drag characteristics of seven lifting-body and wing-body reentry vehicle configurations // NASA/TP-2002-209032. 2002.
  43. Воробьев Н.Ф. Аэродинамика несущих поверхностей в установившемся потоке. Новосибирск: Наука, 1985. 239 с.
  44. Белоцерковский С.М., Гиневский А.С. Моделирование турбулентных струй и следов на основе метода дискретных вихрей. М.: Физматлит, 1995. 368 с.
  45. Clapworthy G.J., Mangler K.W. The behavior of a conical vortex sheet on a slender wing near the leading edge // ARC-RM-3790. 1977.
  46. Erickson G.E. Water tunnel flow visualization insight into complex three dimensional flow fields // Journal of Aircraft. 1980. V. 17. N 9. P. 656–662. doi: 10.2514/3.57952
  47. Жук А.Н., Курьянов А.И., Столяров Г.И. Гистерезис нормальной силы крыла сложной формы в плане при неустановившемся движении // Ученые записки ЦАГИ. 1981. Т. 12. № 5. С. 113–118.
  48. Эгон К. Многоликие вихри [Электронный ресурс]. Наука из первых рук. 2006. Т. 12. № 6. Режим доступа: https://scfh.ru/papers/mnogolikie-vikhri/, свободный. Яз. рус. (Дата обращения 16.12.2017).
  49. Чжен П. Отрывные течения. Т. 1. М.: Мир, 1972. 300 с.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2018 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика