CC BY
66
2008
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
№ 125
УДК 629.735.33.073
АНАЛИЗ ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И ОЦЕНКА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ САМОЛЕТА
С.Н. ПОПОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.
В статье производится анализ внешней поверхности и оценка дополнительного сопротивления на этапе проектирования самолета.
Разработку технических условий на качество внешней поверхности самолета производим на основе ГОСТ 1.02507 - 92 "Самолеты дозвуковые. Общие требования к качеству внешней поверхности".
Поверхность самолета разбивается на три зоны: нулевую, первую и вторую. В нашем случае нулевая зона отсутствует, так как принято, что на самолете нет зон, на которых существует естественное ламинарное обтекание.
Первая зона включает:
1) верхнюю поверхность крыла от передней кромки до заднего лонжерона; нижнюю поверхность крыла от передней кромки до переднего лонжерона и 15 % передней поверхности механизации крыла; верхнюю поверхность зализа крыла и его нижнюю поверхность до переднего лонжерона;
2) поверхность от носа фюзеляжа до хвостика бортовой нервюры крыла над верхней поверхностью крыла и от носа фюзеляжа до переднего лонжерона под плоскостью крыла;
3) на хвостовом оперении: поверхность от носка до пересечения с передним лонжероном, а также поверхность рулей направления и высоты;
4) на гондолах двигателей: поверхность от носка до 50 % длины гондол;
5) на пилонах: поверхность от носка до пересечения с передним лонжероном.
Вторая зона - вся остальная поверхность планера.
Аналогично анализ внешней поверхности производится зарубежными проектировщиками [1].
Воздушное судно делится на критические зоны (требуется высокий уровень аэродинамической гладкости), экстра критические зоны (требуется очень высокий уровень аэродинамической гладкости) и некритические зоны (рис. 1 и 2).
1. Анализ внешней поверхности проектируемого самолета
Критическая зона
Экстра критическая зона ! ■ Критическая зона
Некритическая зона
Рис. 1.
Рис. 2.
В целях увеличения аэродинамического качества на крейсерских режимах полета и уменьшения вредного сопротивления до 5 % сх0 гл.нат (что соответствует требованиям к исполнению внешней поверхности современных дозвуковых самолетов) предусматривается следующее:
- зазоры по стыкам листов обшивки и несъемных панелей заполняются заподлицо пастой с обрезанием фаски под углом е = 30°;
- уступы обшивки располагаются лицевой стороной только против полета (стыки, образующие обратный уступ (по полету), создают в два раза меньшее сопротивление, чем стыки с прямым уступом (против полета); стыки с направлением вдоль полета практически не создают вредного сопротивления);
- закрываются сквозные щели: на крыле по органам механизации;
- заклепки ставятся с компенсацией выступа головок фрезерованием, а для болтов применяется шпаклевка с предварительным обеспечением их гарантированного западания.
2. Оценка дополнительного сопротивления
Дополнительное сопротивление, обусловленное неровностями, в первом приближении прямо пропорционально площади миделя, поэтому наибольшее сопротивление оказывают неровности с большей площадью миделя: мелкие детали, уступы на окнах, дверях, грузовых люках, уступы в местах механизации и органов управления.
Расчет дополнительного сопротивления можно провести по методике ЦАГИ [2].
1) Аэродинамическое сопротивление, обусловленное волнистостью поверхности при дозвуковом режиме полета для Ь/1 < 0,5, можно определить по формуле:
С —1в'С
хцил.пр Х¥
V
где 1в - коэффициент, зависящий от вида волнистости (1в = 6,3 для цилиндрической и 1в = 2,5 для пространственной); сХ¥ - функция числа М и вида волнистости (определяется на основе статистиче-
Н
ских данных); F2(H) - функция высоты полета, определяемая зависимостью F—(H) —1,08_0,08—;
_1_
Ф2(М) - функция числа М: Ф 2( М) — 1,25М 21 ; Х - расстояние от передней кромки обтекаемой поверхности до середины участка, покрытого волнами, м; Su - площадь рассматриваемого участка по-
2 с 2
верхности, покрытого волнами, м ; S - площадь крыла, м .
2) Аэродинамическое сопротивление, обусловленное уступами на внешней поверхности, определяется по формуле:
сх, — К -В(М)-F3(H)^3(М)- Vh -Х_^-^ , (2)
ь S
где КЕ - коэффициент, учитывающий влияние фаски (при e = 30° КЕ = 0,33); В(М) - функция числа М,
Н
зависящая от вида неровности; F3(H) - функция высоты полета: F3 (Н) —1,4_0,4—; Ф3(М) - функция
числа М полета: Ф 3(М) — М 0,305 дД+0 ,2М2 ; S,* - площадь миделя уступа, м2.
3) Аэродинамическое сопротивление, создаваемое зазорами, определяется из соотношения:
í \ ~ ґ p ь Л
сx3 — 1Схппр.ус + схооб.уст j'sin2 —•I , (3)
V'
где сх пр.уст и сх обр.уст - коэффициенты сопротивления прямого и обратного уступа (высота уступа равна глубине зазора); Ь - ширина зазора, мм; Ь - глубина зазора, мм.
Если высота уступа по передней и задней кромке зазора разная, то сопротивление определяется как сумма сопротивления зазора с глубиной, равной меньшему уступу, и сопротивления уступа, равного превышению кромок.
4) Аэродинамическое сопротивление выступающих головок крепежа определяется по формуле:
с хн = В(М) • Ез(И)Ф з( М)-3Vh • ^, (4)
где SM - площадь миделя выступающих головок крепежа, м2; В(М) - функция числа М для крепежа; F3(H) и Ф3(М) - то же, что и в (1); h - выступание головки крепежа, мм.
Как видно из приведенных материалов, использование данной методики при проектировании самолетов позволяет достаточно полно произвести анализ внешней поверхности, а также оценку дополнительного сопротивления.
ЛИТЕРАТУРА
1. BOEING Commercial Aviation Services - "Win-Win-Win" Forming Partnership for fuel conservation.
2. Баскакова А.Г., Сухарников Ю.В., Ушаков В.В. Аэродинамика продольного движения сбалансированного транспортного самолета: Учебное пособие. - Киев: КИИГА, 1983.
ANALYSIS OF EXTERNAL SURFACE AND ASSESSMENT OF ADDITIONAL DRAG DURING DESIGNING
Popov S.N.
The article presents analysis of external surface, compare domestic and foreign experience. Also assessment of additional drag during designing includes in the article.
Сведения об авторе
Попов Сергей Николаевич, 1984 г.р., окончил МГТУ ГА (2006), аспирант кафедры аэродинамики, конструкции и прочности ЛА МГТУ ГА, автор 1 научной работы, область научных интересов -проблема качества внешней поверхности в современном авиастроении.
