Верификация результатов определения вращательных производных по крену ЛА в широком диапазоне углов атаки


DOI: 10.34759/trd-2019-109-23

Авторы

Махнев М. С. *, Февральских А. В.

АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», ул. Суздальская, 46, офис 203, Москва, 111672, Россия

*e-mail: kleonorm@gmail.com

Аннотация

Изложена методика применения численного моделирования аэродинамики для определения вращательных производных по крену летательного аппарата (ЛА) при значениях углов атаки −5°...90°. Моделируется обращенное движение ЛА, вектор скорости набегающего потока и вектор угловой скорости вращения коллинеарны. Численное моделирование (CFD-моделирование) аэродинамики базируется на решении методом контрольных объемов уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу и замыкаемых моделью турбулентности k-ε Realizable. Для CFD-моделировании процессов ламинарно-турбулентного перехода вблизи поверхности ЛА в настоящей работе используются пристеночные функции типа Enhanced Wall Treatment.

Результаты определения стационарных коэффициентов аэродинамических сил и моментов ЛА по данным CFD-моделирования хорошо согласуются с результатами экспериментов с масштабной моделью ЛА в аэродинамической трубе. Значения вращательной производной коэффициента момента крена, полученные по результатам численного моделирования и по результатам экспериментов, также хорошо согласуются при большинстве значений углов атаки ЛА. Рассогласование значений производных боковой силы и момента рыскания по угловой скорости крена, полученных разными методами, обуславливается соответствующими аэродинамическими возмущениями и погрешностями измерений при их экспериментальном определении. В качестве направления дальнейших исследований рассматривается воспроизведения в CFD-моделировании условий эксперимента в аэродинамической трубе: конструкции крепления модели, оценка согласованности частоты регистрации экспериментальных данных с частотой вращения модели и частотой вихреобразования. В целом, результаты исследования показывают, что CFD-моделирование позволяет определять не только стационарные коэффициенты аэродинамических сил и моментов, но и их вращательные производные по угловой скорости крена, однако для верификации различных подходов к моделированию вращения представляется актуальным проведение дополнительных экспериментов.

Ключевые слова:

силы и моменты аэродинамические, компоненты угловой скорости, вращательные производные, CFD-моделирование

Библиографический список

  1. Остославский И.В. Аэродинамика самолета. – М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1957. – 560 с.

  2. Карпенко О.Н., Костин П.С. Способ оценки характеристик пикирования самолета-штурмовика // Труды МАИ. 2019. № 104. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=102426

  3. Виноградов Ю.А. и др. К вопросу о разделении нестационарных и вращательных аэродинамических производных по результатам динамических испытаний // Ученые записки ЦАГИ. 2003. Т. 34. № 3–4. С. 84 – 90.

  4. Головкин М.А. Соотношения для вращательных производных от коэффициентов моментов крена и рысканья крыла // Труды МАИ. 2012. № 55. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=30020

  5. Захаров М.А. Исследование условий измерения вращательных и нестационарных производных бокового движения летательных аппаратов // Труды МАИ. 2004. № 14. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=34236

  6. Микеладзе В.Г. Авиация общего назначения. – М.: Изд-во ЦАГИ, 1996. – 296 с.

  7. Сухоруков А.Л., Титов М.А., Чернышев И.А. Об использовании численных методов динамики вязкой жидкости для определения коэффициентов вращательных производных гидродинамических сил и моментов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9. № 2. С. 52 – 61.

  8. Егорчев М.В., Тюменцев Ю.В. Нейросетевой полуэмпирический подход к моделированию продольного движения и идентификации аэродинамических характеристик маневренного самолета // Труды МАИ. 2017. № 94. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=81171

  9. Февральских А.В. Разработка методики проектирования аэрогидродинамической компоновки амфибийного судна на воздушной подушке с аэродинамической разгрузкой на основе численного моделирования: дисс. канд. техн. наук. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2017. – 175 с.

  10. Кальясов П.С. и др. Сравнительный анализ двух подходов к разработке аэрогидродинамической компоновки скоростного амфибийного судна // Морской вестник. 2017. № 3. С. 22 – 25.

  11. Февральских А.В., Кальясов П.С., Лобачев М.П., Лукьянов А.И., Шабаров В.В. Верификация результатов численного моделирования экранной аэродинамики амфибийного судна на воздушной подушке с аэродинамической разгрузкой // XI Международная научная конференция по амфибийной и безаэродромной авиации «Гидроавиасалон–2016»: сборник докладов. – М: Издательский отдел ЦАГИ им. Жуковского, 2016. С. 233 – 238.

  12. Tatar M., Masdari M. Investigation of pitch damping derivatives for the Standard Dynamic Model at high angles of attack using neural network // Aerospace Science and Technology, 2019, vol. 92, pp. 685 – 695.

  13. Abramov N.B. et al. Aerodynamic Modeling for Poststall Flight Simulation of a Transport Airplane // Jourlal Aircraft, 2019, vol. 56, no. 4, pp. 1427 – 1440.

  14. Oktay E., Akay H. CFD predictions of dynamic derivatives for missiles // 40th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, 2002. DOI: 10.2514/6.2002-276

  15. Shelton A., Martin C., Silva W. Characterizing aerodynamic damping of a supersonic missile with CFD // AIAA Aerospace Sciences Meeting, 2018, no. 210059, pp. 1 – 25.

  16. Da Ronch A. et al. Computation of dynamic derivatives Using CFD // 28th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 2010, vol.1, pp. 1 – 27. DOI: 10.2514/6.2010-4817

  17. Mi B., Zhan H., Chen B. New Systematic CFD Methods to Calculate Static and Single Dynamic Stability Derivatives of Aircraft // Mathematical Problems in Engineering, 2017. DOI: 10.1155/2017/4217217

  18. Головкин М.А., Головкина Е.В. Визуализация структур течения в окрестности моделей летательных аппаратов в гидродинамической трубе малых скоростей (самолетные аэродинамические компоновки) // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=74692

  19. Головкин М.А., Ефремов А.А., Махнев М.С. Методики оценок вращательных производных сил и моментов, действующих на модель самолета // Труды МАИ. 2017. № 97. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=87338

  20. Головкин М.А., Ефремов А.А., Махнев М.С. Оценка производных аэродинамических сил и моментов по компонентам угловой скорости модели самолета в широком диапазоне углов атаки // Ученые записки ЦАГИ. 2018. Т. 49. № 1. С. 39 – 58.

  21. Павленко О.В. Численное исследование влияния обледенения передних кромок несущих поверхностей на аэродинамические характеристики модели пассажирского самолета // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2009. № 149. С. 156 – 159.

  22. Белоцерковский С.М., Скрипач Б.К. Аэродинамические производные летательного аппарата и крыла при дозвуковых скоростях. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1975. – 424 с.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход