CC BY
36
7. Муха, Ю. А. Имитационное моделирование процесса скатывания отцепов при выполнении горочных расчётов [Текст] /
Ю. А. Муха, А. А. Муратов // Механизация и автоматизация сортировочного процесса на станциях: Межвуз. сб. науч трудов / ДИИТ. - Д., 1990. - Вып. 277/17. - С. 11-20.
8. Автоматизация и механизация переработки вагонов на станциях [Текст]: монография / [Ю. А. Муха и др.]. - М.: Транс-
порт, 1985. - 248 с.
9. Муха, Ю. А. Исследование точности прицельного регулирования на сортировочных горках, оборудованных системами
АРС [Текст] / Ю. А. Муха, В. И. Бобровский // Вопросы механизации и автоматизации сортировочного процесса на железнодорожных станциях: Труды ДИИТа. - Д., 1975. - Вып. 168/9. - С. 55-65.
10. Щеглов, П. П. Проблема безопасности при роспуске с сортировочных горок вагонов с легковоспламеняющимися жидкостями [Текст] / П. П. Щеглов, В. И. Жолобов, Т. И. Ложникова // Вестн. ВНИИЖТа. - 2005. - № 6. - С. 36-39.
11. Методичні вказівки з розрахунку норм часу на маневрові роботи, які виконуються на залізничному транспорті [Текст]: Затв.: Наказ Укрзалізниці 25.03.03 № 72-ЦЗ / Державна Адміністрація залізничного транспорту України. - К., 2003. - 82 с.
----------------------□ □--------------------------
Розроблено комплексний метод визначення аеродинамічних характеристик маневрених літаків з урахуванням відхилення органів управління креном, який заснований на спільному використанні трубного експерименту, напівемпіричного методу та модифікованого методу дискретних вихорів
Ключові слова: аеродинамічні характеристики, органи управління креном
□------------------------------------□
Разработан комплексный метод определения аэродинамических характеристик маневренных самолетов с учетом отклонения органов управления креном, который основан на совместном использовании трубного эксперимента, полуэм-пирического метода и модифицированного метода дискретных вихрей
Ключевые слова: аэродинамические характеристики, органы управления креном
□------------------------------------□
A complex method for determining the aerodynamic characteristics of maneuvering aircraft, taking into account the deviation of roll control, which is based on the combined use of pipe experiment, semi-empirical method and a modified method of discrete vortices is engineered
Keywords: aerodynamics, control roll ----------------------□ □--------------------------
УДК 533.6
КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДХ САМОЛЕТОВ С УЧЕТОМ ОТКЛОНЕНИЯ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ КРЕНОМ
И.Б. Ковтонюк
Кандидат технических наук, доцент Харьковский университет воздушных сил им. Ивана Кожедуба ул. Сумская , 77/79, г. Харьков, Украина, 61023 Контактный тел.: 067-573-20-61 E-mail: [email protected]
1. Введение
Развитие боевой авиационной техники в настоящее время предполагает разработку и модернизацию самолетов-истребителей. В последние десятилетия проектирование маневренных самолетов ведется с учетом концепции их систем управления, которая в значительной мере может влиять на основные параметры аэродинамической компоновки самолета [1]. В процессе синтеза аэродинамической компоновки органов управления креном истребителя необходимо опреде-
лять аэродинамические характеристики (АДХ) самолета с различными вариантами органов поперечного управления, а также потребное управление летательным аппаратом (ЛА) на заданном режиме полета [2].
Особую значимость имеет получение достоверных АДХ на этапе концептуального проектирования, формирующем принципиальный характер технического решения и характеризующемся высокой степенью ответственности [3]. Ошибочные конструктивно-компоновочные решения на этапе концептуального проектирования практически непоправимы на последующих
3
©
этапах, так как приводят к конструктивным изменениям на поздних этапах разработки, включая испытания, существенному увеличению стоимости и затраченного времени [3]. Поэтому повышение эффективности концептуального проектирования и разработка эффективных методов определения АДХ на этом этапе являются актуальными.
2. Постановка задачи
Целью данной статьи является разработка комплексного метода определения АДХ маневренных самолетов с учетом отклонения органов управления креном.
АДХ маневренных самолетов с учетом отклонения органов управления креном могут быть определены с использованием экспериментальных методов, включающих в себя летный и трубный эксперименты, вычислительного эксперимента и полуэмпири-ческих методов (рис. 1).
Маневренный самолет представляет собой сложную техническую систему, поэтому его окончательная доводка возможна только при проведении натурного летного эксперимента [4]. Летные испытания позволяют наиболее полно раскрыть закономерности сложных процессов, происходящих в полете, и являются источником информации, которую в настоящее время иным путем получить невозможно. Необходимость проведения летного эксперимента обусловлена [4]:
- сложным характером происходящих явлений;
- несовершенством вычислительного эксперимента;
- ограниченными возможностями трубного эксперимента по определению аэродинамических коэффициентов самолета, соответствующих реальному полету.
Несмотря на наиболее полный учет всех действующих в полете факторов, результаты летного эксперимента также содержат в себе погрешности, обусловленные значительной нестационарностью процессов, работой измерительной аппаратуры в условиях изменения параметров атмосферы, действия вибраций и перегрузок, а, кроме того, принципиальной невозможностью воспроизводства одинаковых условий его проведения.
Существенные затраты ресурсов исключают использование летного эксперимента на ранних стадиях проектирования при многовариантной проработке конструктивно-компоновочных решений.
Значительный прогресс в области математического моделирования аэродинамики ЛА, прошедший за последние десятилетия, все же не позволил расчетным методам стать основным средством определения АДХ при проектировании ЛА. В настоящее время наиболее достоверным методом исследования АДХ перспективных и модернизируемых самолетов до создания опытного образца является трубный эксперимент.
Все предложения по формированию и усовершенствованию аэродинамических компоновок самолетов находят свою практическую реализацию только после проведения эксперимента на моделях ЛА в аэродинамических трубах (АДТ) [1].
Однако, трубный эксперимент также имеет ограниченные возможности, что обуславливает комплексное использование вычислительных и экспериментальных методов при определении АДХ ЛА. Комбинированное применение различных методов исследования аэродинамики ЛА позволяет использовать преимущества этих методов при исключении их недостатков.
Теоретические методы определения АДХ на основе численных методов в ряде случаев используются совместно с полуэмпирическими методами, которые обеспечивают получение отдельных АДХ (например, с учетом вязкости среды) [5].
В работах [6-7] приведены результаты совместного решения задачи обтекания ЛА на основе модифицированного метода дискретных вихрей (ММДВ) и метода возмущенных потенциалов (МВП). МВП применяется для определения скоростей на поверхности тела, а ММДВ - для решения задачи пространственного обтекания в нестационарной постановке.
3. Результаты
Автором разработан комплексный метод определения АДХ маневренных самолетов с учетом отклонения органов управления креном, который основан на совместном использовании трубного эксперимента, полуэмпирического метода и ММДВ в плоскопараллельной и пространственной постановке. На рис. 2 представлена структурно-логическая схема разработанного комплексного метода.
На первом этапе, согласно разработанному комплексному методу, формируются исходные данные, которые включают в себя тип аэродинамической схемы ЛА и органов управления креном, геометрические размеры элементов планера ЛА, параметры расчетного режима полета ЛА. На основании вы-
Рис. 1. Методы определения аэродинамических характеристик маневренных самолетов с учетом отклонения органов управления креном
Е
бранной аэродинамической схемы ЛА и типа органов управления креном определяется группа ЛА и соответствующий диапазон изменения показателя рациональности аэродинамической компоновки органов управления креном и [8,9]. Затем определяются геометрические размеры рассматриваемого варианта аэродинамической компоновки органов управления креном ЛА.
На втором этапе происходит аппроксимация поверхности ЛА и органов управления для полу-эмпирического метода и ММДВ, разрабатывается модель ЛА с органами управления креном для проведения трубного эксперимента, определяются границы применимости вычислительных методов.
Модель ЛА с органами управления креном для проведения весового эксперимента в АДТ предназначена для определения спектров обтекания, распределенных АДХ, физической сущности образования управляющего эффекта, суммарных АДХ ЛА с органами управления креном, положения и размеров зоны отрыва потока, положения линий схода вихревых пелен, критического угла атаки, собственных моментов инерции планера, исходя из потребного значения улов отклонения органов управления для заданных значений и.
На третьем этапе происходит собственно определение АДХ маневренного самолета с учетом отклонения органов управления креном.
На первом шаге третьего этапа происходит определение суммарных АДХ на основе полуэм-пирического метода, а, также, на основе весового эксперимента определяются положение и размеры зоны отрыва потока, положение линий схода вихревых пелен, распределенные АДХ, физическая сущность образования управляющего эффекта. Затем с учетом данных трубного эксперимента по положению линий схода вихревых пелен производится определение распределенных АДХ на основе ММДВ в плоскопараллельной и пространственной постановке, которые сопоставляются с результатами продувок модели ЛА с органами управления по крену в АДТ. Далее производится анализ влияния элементов аэродинамической компоновки ЛА на его суммарные АДХ на основе результатов, полученных полуэмпирическим методом, с учетом распределенных АДХ, полученных на основе ММДВ и трубного эксперимента.
На следующем шаге определяются несущие свойства и характеристики вихревого следа на основе ММДВ, которые сопоставляются с данными весового эксперимента, и уточняется влияние элементов аэродинамической компоновки ЛА на его суммарные АДХ.
Затем по данным трубного эксперимента определяются суммарные АДХ ЛА с органами управления креном, критический угол атаки акр, производится корректировка теоретиче-
Задана обеспечения потребного управления креном
■ц
Исходные данные
тг
ж
ТЕ
Варианты аэр о динамической КОМПОНОВКИ
рациональных органов управления креном
тг
тг
ж
Ж
Г еометрические Тип органов Аэродинамическая Расчетные
размеры элементов планера Л А управления схема ЛА режимы
креном полета
Определение группы ЛА и диапазона изменения показателя и
V
Комплексный метод определения аэродинамических характеристик маневренных самолетов с учетом отклонения органов управления креном
тг
ТГ
ІІ
Аппр оксимация Аппр оксимация
поверхности Л А и органов поверхности Л А и
управления для органов упр ав ления
полуэмпирического метода для ММДВ
ТГ
Границь! применимости вычислительных методов
П о луч ае мые
р ез ультаты
ТІ
Модель Л А с органами упр авления кр ено м (определение собственных моментов инерции планера, исходя из потребного значения ср, 5н, 5Э для заданных значений Ц)
Суммарные ДЦХ на основе полуэмпирического метода 5-
т
.и|")
Ї
V
Анализ влияния элементов аэродинамической компоновки на суммарные АДХ
Г7Г
=:=>
Распределенные ДЦХ на основе ММДВ (плоскопараллельное обтекание, пространственное обтекание)
д
Характеристики вихревого ,л_ следа и несущие свойства
на основе ММДВ ■
I
Спектры обтекания, распределенные АДХ, физическая сущность образования упр ав ляющего э ф ф екта, положение и размеры зоны отрыва потока с обеспечением подобия по моментам инерции
Суммарные АДХ ЛА с . органами управления креном, критический угол атаки и ^корр ектяр овка те ор етич е ских результатов
, , т)
Прогноз АДХ маневренного самолета с учетом отклонения органов управления креном
Рис. 2. Структурно-логическая схема комплексного метода определения аэродинамических характеристик маневренных самолетов с учетом отклонения органов управления креном
3
ских результатов по экспериментальным данным, уточняется влияние элементов аэродинамической компоновки на суммарные АДХ ЛА, уточняются границы применимости вычислительных методов.
Четвертым, заключительным, этапом разработанного комплексного метода является прогноз АДХ маневренного самолета с учетом отклонения органов управления креном.
4. Выводы
Таким образом, разработанный комплексный метод определения АДХ маневренных самолетов с уче-
том отклонения органов управления креном позволяет:
- получать распределенные и суммарные АДХ маневренных самолетов с учетом отклонения органов управления креном с достаточной для этапа предварительных вариантных проработок точностью;
- определять физическую сущность образования управляющего эффекта при отклонении органов управления креном ЛА;
- получать характеристики вихревого следа за маневренным самолетом с отклоненными органами управления креном ЛА.
Литература
1. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов [Текст] / под ред. Г. С. Бюшгенса. - М.: Наука,
Физматлит, 1998. -816 с.
2. Ковтонюк, И. Б. Потребное управление при синтезе средств обеспечения устойчивости и управляемости летательного
аппарата [Текст] / О. Б. Анипко, И. Б. Ковтонюк // Інтегровані технології та енергозбереження. - Х. : Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», 2009. - №2. - С. 153-158.
3. Лебедев, А. А. Основы синтеза систем летательных аппаратов [Текст] / [А. А. Лебедев, В. Н. Баранов, В. Т. Бобронников
и др.]; под ред. А. А. Лебедева. - М.: Машиностроение, 1987. - 224 с.
4. Пашковский, И. М. Динамика и управляемость самолета. [Текст] / И. М. Пашковский. - М., 1987.- 248 с.
5. Зинченко, А. Г. Программа расчета аэродинамических характеристик самолетов [Текст] / [А. Г. Зинченко, В. Г. Лебедь,
О. Н. Соловей, В. А. Шевченко] // Сборник алгоритмов и программ ХВВАИУ. - Х. : ХВВАИУ, 1990. - №5. - С. 92-198.
6. Гоцак, В. В. Исследование несущих свойств системы “арочное крыло - несущий винт” в численном эксперименте
[Текст] / В.В. Гоцак, Е. А. Украинец / / Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов.
- Х. : Национальный аэрокосмический университет “Харьковский авиационный институт”, 2002. - Вып. 28(1). - С. 85-88.
7. Корниенко, А. П. Оценка влияния относительного положення воздушного винта на аэродинамические комбинации
“арочное крыло - воздушный винт” [Текст] / А. П. Корниенко, А. Б. Леонтьев, Е.А. Украинец // Системи обробки інформації. - Х. : Харківський університет Повітряних Сил, 2005. - Вип. 4(53). - С. 87-94.
8. Ковтонюк, И. Б. Статический показатель рациональности аэродинамической компоновки органов поперечного управ-
ления самолета [Текст] // Інтегровані технології та енергозбереження. Щоквартальний науково-практичний журнал.
- Х. : НТУ «ХПИ», 2011. - №1. - С. 32-34.
9. Статический показатель рациональности аэродинамической компоновки органов управления истребителя для оценки
влияния принимаемых конструктивно-компоновочных решений на эффективность поперечного управления [Текст] / О. Б. Анипко, И. Б. Ковтонюк, Е. Ю. Иленко, Я. И. Ковтонюк // Інтегровані технології та енергозбереження. Щоквартальний науково-практичний журнал. - Х. : Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», 2011. - №2. - С. 135-138.
Е
