ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СТАРТОВОЙ СИСТЕМЫ ПОДДУВА И КРЫЛА ЭКРАНОПЛАНА
Аннотация
Исследуется влияние стартовой системы поддува на аэродинамические характеристики гипотетической компоновки легкого пассажирского экраноплана (ЛПЭ) на режиме взлета. В качестве инструмента исследования используются технологии численного моделирования экранной аэродинамики (CFD-моделирование). CFD-моделирование в настоящей работе основывается на численном решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса вязкого турбулентного течения несжимаемой жидкости с привлечением модели турбулентности k – SST. Обтекаемая встречным аэродинамическим течением компоновка экраноплана с взлетной массой 0,5…1 т, используемая в численном моделировании, включает крыло и движительно-поддувное устройство, состоящее из винта, кольцевой насадки, спрямляющих лопаток и пилона крепления к фюзеляжу. Сеточная модель области течения, созданная в ANSYS Fluent Meshing, содержит 33,7 млн контрольных объемов. Кольцевая насадка ограничивает область, содержащую лопасти винта, в которой задается условие вращения воздуха. В ходе серии вычислительных экспериментов для различных значений скорости движения компоновки положение ЛПЭ относительно экрана принимается постоянным, с зазором между задней кромкой крыла и экраном 0,05 длины средней аэродинамической хорды крыла. По результатам численного моделирования построены зависимости коэффициента тяги винта от относительной поступи, коэффициента сопротивления компоновки и аэродинамического качества от скорости набегающего потока. Зависимость коэффициента тяги винта в составе компоновки от относительной поступи соответствует справочным характеристикам винта. Зависимости коэффициента сопротивления и аэродинамического качества от скорости движения ЛПЭ имеют нелинейный характер причем, аэродинамическое качество меняется в диапазоне от 8 до 16 единиц. Приводятся диаграммы распределения скорости аэродинамического течения в вертикальном сечении по оси движительно-поддувного устройства при разных скоростях движения. Диаграммы показывают, что с ростом скорости движения ЛПЭ, в результате взаимодействия встречного течения с экранирующей поверхностью и поддувом, течение поддува оказывается перенаправленным к верхней поверхности крыла. Представляется возможным частично нейтрализовать эффект взаимодействия поддувного и встречного течения, приводящий к снижению аэродинамического качества и эффективности системы поддува путем снабжения пилона крепления поворотным механизмом, меняющим угол установки плоскости упора винта в процессе движения ЛПЭ.
Литература
Февральских А.В. Разработка методики проектирования аэрогидродинамической компоновки амфибийного судна на воздушной подушке с аэродинамической разгрузкой на основе численного моделирования: дис. … канд. техн. наук. – Нижний Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2017. – 175 с.
Маскалик А.И. Экранопланы: транспортные суда 21 века / А.И. Маскалик, Р.А. Нагапетян, В.В. Иваненко, А.Г. Бутлицкий, В.В. Томилин, А.И. Лукьянов – СПб.: Судостроение, 2005. – 576с.
Rozhdestvensky K.V. Wing-in-ground effect vehicles / K.V. Rozhdestvensky // Progress in aerospace sciences – 2006. – № 42. – pp.211–283.
Hirata N. Numerical Study on the Aerodynamic Characteristics of a Three-Dimensional Power-Augmented Ram Wing in Ground Effect / Nobuyuki Hirata // Journal of the Society of Naval Architects of Japan. – 1996. –№ 179. –pp. 31–39.
Stern F.A Viscous Flow Approach to the Computation of Propeller-Hull Interaction / F. Stern, H.T. Kim, V.C. Patel, H.C. Chen // Journal of Ship Research – 1988. – Vol. 32. – No. 4. – pp. 246-262.
Zhigang Y. Complex Flow for Wing-in-ground Effect Craft with Power Augmented Ram Engine in Cruise / Yang Zhigang, Yang Wei // Chinese Journal of Aeronautics. – 2010. – № 23. – 2010. – pp. 1–8.
Tavakoli Dakhrabadi M. Hydro-aerodynamic mathematical model and multi-objective optimization of wing-in-ground effect craft in take-off / M.S. Seif, M. Tavakoli Dakhrabadi // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment, 2017. – pp.1–13.
Kornev N. On Unsteady Effects in WIG Craft Aerodynamics / N. Kornev // International Journal of Aerospace Engineering – 2019. – pp.1–14.
Matveev K. I. Aero-Hydrodynamic Aspects of Power-augmented Ram Wings / K.I. Matveev // Journal of Ship Research – 2013. – № 57(2).– pp.86–97.
Mojtaba Tahani. Aerodynamic performance improvement of WIG aircraft / Mojtaba Tahani, Mehran Masdari, Ali Bargestan // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. – 2017. – Vol. 89. – № 1. – pp.120–132.
Juhee Lee. Computational analysis of static height stability and aerodynamics of vehicles with a fuselage, wing and tail in ground effect / Lee Juhee // Ocean Engineering. – 2018. – №168. – pp.12–22.
Mohammadhossein Nirooei. Aerodynamic and static stability characteristics of airfoils in extreme ground effect / Nirooei Mohammadhossein // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering – 2018. – Vol. 232(6). – pp. 1134–1148.
Dongli Ma. Sea-unammned aerial vehicle takeoff characteristics analysis method based on approximate equilibrium hypothesis / Dongli Ma, Zhi Li, Muqing Yang, Yang Guo, Haode Hu. // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering – 2018. – Vol. 232(6). – pp.1–12.
Xuan Zhang. Computation of Flow Field of an Airfoil with Gurney Flap in Ground Effect / Xuan Zhang, Qiulin Qu, Ramesh K. Agarwal // 35th AIAA Applied Aerodynamics Conference. – 2017. – doi:10.2514/6.2017-4466.
Блохин В.Н. Применение методов вычислительного эксперимента для определения аэродинамических характеристик экраноплана на крейсерском режиме движения / В.Н. Блохин, В.М. Прохоров, П.С. Кальясов, А.К. Якимов, А.В. Туманин, В.В. Шабаров // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2012. – № 3(1). – c. 147–154.
Лобачев М.П. Сравнительный анализ двух подходов к разработке аэрогидродинамической компоновки скоростного амфибийного судна / М.П. Лобачев, П.С. Кальясов, А.И. Лукьянов, А.В. Февральских, В.В. Шабаров // Морской вестник. – 2017. – №3(63). – с. 22–27.
Copyright (c) 2020 Научные проблемы водного транспорта
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
