Оценка возможности создания экраноплана с высокими несущими свойствами с учетом анализа эффективности органов управления Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.7.016

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ЭКРАНОПЛАНА С ВЫСОКИМИ НЕСУЩИМИ СВОЙСТВАМИ С УЧЕТОМ АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ

ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ

Ю. Ф. Вшивков, Д. А. Гусельников, Н. А. Шелков

Иркутский филиал московского государственного технического университета

гражданской авиации Российская Федерация, 664047, г. Иркутск, ул. Коммунаров, 3 E-mail: Post-office@if.mstuca.ru

В настоящее время не ослабевает интерес к созданию экраноплана с приемлемыми эксплуатационными характеристиками. В связи с чем, в работе ставится задача аэродинамического проектирования экраноплана с высокими несущими свойствами и приемлемыми характеристиками устойчивости и управляемости. Оценена возможность управления экранопланом при помощи аэродинамических управляющих поверхностей. Для расчета использовался программный пакет конечно-элементного анализа ANSYS.

Ключевые слова: экраноплан, аэродинамическое проектирование, управление экранопланом.

EVALUATION OF FEASIBILITY OF WIG CRAFT WITH HIGH LIFTING

PROPERTIES BASED ON THE ANALYSIS EFFECTIVE OF CONTROLS

J. F. Vshivkov, D. A. Guselnikov, N. A. Shelkov

Irkutsk branch of Moscow State Technical University of Civil Aviation 3, Communards str., Irkutsk, 664047, Russian Federation E-mail: Post-office@if.mstuca.ru

Currently unabated interest in creating WIG with acceptable operational characteristics. In this connection, in the work of the task WIG aerodynamic design with high lifting properties and acceptable stability and control characteristics. The possibility of control WIG using aerodynamic control surfaces. The calculations used the software package finite element analysis ANSYS.

Keywords: WIG, aerodynamic design, control WIG.

Принято считать, что основным достоинством экранопланов перед средствами водного транспорта является более высокая скорость перевозок, а перед летательными аппаратами относительно высокое аэродинамическое качество. При этом существует проблема обеспечение приемлемой устойчивости и управляемости [1].

В работе предложена математическая модель экранопланаи (рис. 1) и проведен численный эксперимент с использованием програмного пакета конечно-элементного анализа ANSYS Inc., представленный в дисциплине динамика жидкостей и газов двумя самостоятельными продуктами ANSYS CFX и ANSYS Fluent [2]. Метод конечных элементов сочетает в себе универсальность алгоритмов решения различных краевых задач с эффективностью реализации компьютерных вычислений.

В результате аэродинамического расчета исследуемой компоновки получены значения коэффициентов подъемной силы, лобового сопротивления и продольного момента при изменении угла атаки и отстояния от экрана, как компоновки в целом, так и отдельно для каждого крыла при условии их влияния друг на друга.

Компоновка показала относительно высокие несущие свойства (рисунок 2), коэффициент подъемной силы Cya достигает максимального значения равного 3,427 на угле атаки а около 27°. Также

компоновка показала хорошую чувствительность к отклонению органов управления как по Сy , так

Секция «Эксплуатацияи надежность авиационной техники»

и ш2. По Суа это ожидалось, так как отклонение рулей влияет на обтекание двух крыльев, то по ш2 это не очевидный результат ввиду малых размеров компоновки. Управление Суа является многовариантным, один и тот же эффект можно получить различными способами управления. В то же время при этом реализуются различные варианты управления моментом. Следовательно, можно выбрать наиболее оптимальный или наиболее приемлемый вариант управления в зависимости от задач управления [3; 4].

Рис. 1. общий вид компоновки в плане с указанием элементов расчетной сетки

10 0 10 20 30 40

а, град

Рис. 2. Зависимость коэффициентов подъемной силы и сил сопротивления от угла атаки

В целом результаты исследований компоновки позволяют сделать следующие выводы:

1. Программный пакет ANSYS позволяет с высокой точностью и приемлемой достоверностью решать задачи моделирования аэродинамических процессов при обтекании экранопланов.

2. Предлагаемая система из двух крыльев обеспечивает сохранение высоких несущих способностей в широком диапазоне углов атаки (скоростей горизонтального полета), и хорошую управляемость. Это позволяет существенно улучшить эксплуатационные свойства экранопланов.

Библиографические ссылки

1. Жуков В. И. Особенности аэродинамики, устойчивости и управляемости экраноплана. М. : Изд. отдел ЦАГИ, 1997. 81 с.: ил.

2. Чигарев А. В., Кравчук А. С., Смалюк А. Ф. ANSYS для инженеров : справ. пособие. М. : Машиностроение-1, 2004. 512 с.: ил.

3. Вшивков Ю. Ф., Галушко Е. А., Кривель С. М. Концепция и результаты аэродинамического проектирования экраноплана с широким диапазоном эксплуатационных углов атаки [Электронный ресурс] // Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык (МИАЖ «Crede Experto») : между-

нар. информационно-аналитический журнал. 2015. № 1 (03). URL: http://ce.if-mstuca.ru (дата обращения: 07.04.2015).

4. Акулов О. В., Курганский В. Г., Кривель С. М. Аэродинамическое проектирование экрано-плана схемы «утка» оригинальной компоновки с обеспечением рациональных летно-технических и пилотажных // Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации России : сб. науч. тр. 1-й Науч.-практ. конф. преподавателей, научных работников и аспирантов. 6 ноября 2009 г. Иркутск : ИФ МГТУ ГА, 2009. 256 с.: ил.

© Вшивков Ю. Ф., Гусельников Д. А., Шелков Н. А., 2015