Определение аэродинамических нагрузок на крыло с учетом основных элементов авиалайнера при параметрическом моделировании

С помощью параметрического моделирования выполнен анализ влияния основных элементов авиалайнера на точность определения аэродинамических нагрузок на крыло. Рассмотрены варианты компоновки как целого авиалайнера, так и крыла с двигателем, установленным по классической схеме на пилоне под крылом. Исследовано влияние диффузора, двухконтурности двигателя, а также размера расчетной области и сетки конечных объемов на поверхности крыла на точность определения его параметров. Вычисления проведены для стреловидного крыла со спрямленным участком, с несимметричным аэродинамическим профилем среднемагистрального авиалайнера в программном комплексе ANSYS с помощью модуля CFX на крейсерском режиме полета. Определены аэродинамические нагрузки на крыло, его температура вследствие аэродинамического нагрева и характер обтекания потоком. Проанализированы временные зависимости продолжительности подготовки и проведения расчета для рассмотренных вариантов. Определены рациональные параметры исходных данных при проектировании крыла на начальных этапах. Результаты будут учтены и использованы при составлении методики проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования

Литература

[1] Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. М.: Машиностроение, 2005. 406 с.

[2] Petersson O., Daoud F. Multidisciplinary optimization of aircraft structures with respect to static and dynamic aeroelastic requirements // Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress. Berlin, 2012. P. 1--7.

[3] Gagnon H., Zingg D.W. High-fidelity aerodynamic shape optimization of unconventional aircraft through axial deformation // 52nd Aerospace Sciences Meeting. 2014. No. 2014--0908. P. 1--18. DOI: 10.2514/6.2014-0908

[4] Уджуху А.Ю. Проблемы интеграции двигателя в компоновке дозвуковых пассажирских самолетов. Дисс. ... канд. техн. наук. Жуковский: ЦАГИ, 2010. 157 с.

[5] Pezhman М. Effects of engine placement and morphing on nonlinear aeroelastic behavior of flying wing aircraft. Doctors thesis. Atlanta: Georgia Institute of Technology, 2013. 133 p.

[6] Экспериментальное исследование характеристик интегральной силовой установки самолета типа "летающее крыло" / В.И. Васильев, Г.Н. Лаврухин, В.В. Лазарев, Г.П. Носков, В.А. Талызин // Ученые записки ЦАГИ. 2014. Т. 45. № 3. С. 45--52.

[7] Lyu Z., Martins J.R.R.A. Aerodynamic shape optimization of an adaptive morphing trailing edge wing // Journal of Aircraft. 2015. Vol. 52. No. 6. Р. 1951--1970. DOI: 10.2514/1.C033116

[8] Зленко Н.А., Курсаков И.А. Оптимизация геометрии узла подвески мотогондолы под крылом пассажирского самолета на основании численных расчетов с использованием уравнений RANS // Ученые записки ЦАГИ. 2015. Т. 46. № 5. С. 21--38.

[9] Roland W. An inverse design method for engine nacelles and wings // Aerospace Science and Technology. 2005. Vol. 9. No. 1. Р. 19--29. DOI: 10.1016/j.ast.2004.09.002 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1270963804001105

[10] Бабулин А.А. Применение программного комплекса "Спрут" для исследования вопросов местной аэродинамики пассажирского самолета // Материалы XVI школы-семинара "Аэродинамика летательных аппаратов". Жуковский: ЦАГИ, 2005. С. 14--15.

[11] Численное исследование внешней аэродинамики двигателя в рамках методики многодисциплинарной оптимизации / К.С. Анисимов, Е.В. Кажан, И.А. Курсаков, А.В. Лысенков, А.А. Савельев // Материалы XXVII науч.-техн. конф. по аэродинамике. Жуковский: ЦАГИ, 2016. С. 33--34.

[12] Фомин В.М., Хозяенко Н.Н., Шиповский Г.Н. Особенности обтекания компоновки регионального самолета с двигателями на фюзеляже // Материалы XVI школы-семинара "Аэродинамика летательных аппаратов". Жуковский: ЦАГИ, 2005. С. 101--103.

[13] Аэродинамическое проектирование и определение характеристик гражданского самолета с управляемым вектором тяги / Н.Н. Брагин, М.А. Губанова, Б.И. Гуревич, О.В. Карась, В.Е. Ковалев, С.И. Скоморохов, Ю.Н. Чернавских // Материалы XX школы-семинара "Аэродинамика летательных аппаратов". Жуковский: ЦАГИ, 2009. С. 34–35.

[14] Петров A.B., Третьяков В.Ф. Влияние струй реактивных двигателей большой степени двухконтурности на аэродинамические характеристики механизированного крыла // Ученые записки ЦАГИ. 2015. Т. 46. № 7. С. 1--10.

[15] Губанов А.А., Гусев Д.Ю. Исследования интегральной компоновки летательного аппарата с прямоточным двигателем // Ученые записки ЦАГИ. 2014. Т. 45. № 3. С. 12--19.

[16] Корнушенко А.В., Чернышова С.М., Ястребов Ю.Г., Быцко Н.С. Исследования влияния модификации элементов модели регионального самолета на аэродинамические характеристики модели // Материалы XXI науч.-техн. конф. по аэродинамике. Жуковский: ЦАГИ, 2010. С. 101–102.

[17] Горбунов В.Г., Дець Д.О., Желанников А.И., Сетуха А.В. Моделирование обтекания самолетов на больших углах атаки вихревым методом // Научный вестник МГТУ ГА. 2012. № 177. С. 10--13.

[18] Xiangyu Gu, Ciampa P.D., Nagel B. High fidelity aerodynamic optimization in distributed overall aircraft design // 17th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conf. 2016. No. 2016–3508. P. 1--19. DOI: 10.2514/6.2016-3508

[19] Исследования по совершенствованию аэродинамики взлетно-посадочной механизации крыла пассажирского самолета / Н.Н. Брагин, А.Л. Болсуновский, Н.П. Бузоверя, М.А. Губанова, С.И. Скоморохов, Г.В. Хозяинова // Ученые записки ЦАГИ. 2013. Т. 44. № 4. С. 1--14.

[20] Trong T. Bui analysis of low-speed stall aerodynamics of a swept wing with seamless flaps // 34th AIAA Applied Aerodynamics Conf. 2016. No. 2016–3720. Р. 1--9. DOI: 10.2514/6.2016-3720

[21] Михайловский К.В., Барановски С.В. Методика проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования. Часть 1. Обоснование выбора геометрических размеров и расчет аэродинамических нагрузок на крыло // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. № 11 (680). С. 86--98. DOI: 10.18698/0536-1044-2016-11-86-98