CC BY
0
УДК 629.7.017.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЫЛА С ПРОФИЛЕМ ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИИ ВБЛИЗИ ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
А. Р. Каримов, Е. Е. Сяков, А. В. Афанасьева Научный руководитель - Н. В. Никушкин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: alisher-karimov30@rambler.ru
Актуальность данной темы исследования состоит в том, что в России планируется возрождение экранопланостроения, аэродинамическая устойчивость является важным аспектом при проектировании крыла.
Ключевые слова: экраноплан, хорда крыла.
INVESTIGATION OF THE PARAMETERS OF A WING WITH A PROFILE OF VARIABLE GEOMETRY NEAR THE REFERENCE SURFACE
A. R. Karimov, E. E. Syakov, A. V. Afanaseva Scientific supervisor - N. V. Nikushkin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: alisher-karimov30@rambler.ru
The relevance of this research topic lies in the fact that the revival of hovercraft construction is planned in Russia, aerodynamic stability is an important aspect in the design of the wing.
Key words: ground effect vehicle, wing chord.
При изучении влияния эффекта экрана на крыло (движущегося вблизи опорной поверхности) основной проблемой является обеспечение продольной статической устойчивости экраноплана, требующее проведения натурных испытаний. Одним из возможных способов замены натурных испытаний является численное моделирование. Численное или компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить т.н. вычислительные эксперименты, в тех случаях, когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий, или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.
Экраноплан - снабженный двигателем аппарат, тяжелее воздуха и предназначен для полета вблизи поверхности воды и ровных участков суши на высоте 0,1-0,2 хорды крыла [1].
Его аэродинамическая и конструктивная компоновки обеспечивают возможность полета на малой высоте от экрана (поверхности) за счет аэродинамической подъемной силы, образующейся на крыле в результате скоростного напора набегающего воздуха, чем достигается повышение аэродинамического качества. Для компоновки экраноплана
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 2
характерны: весьма малое удлинение крыла, (не больше 1,5-2), концевые шайбы крыльев, специальные бортовые устройства, обеспечивающие взлет аппарата [1]. По конструктивно-технологическому устройству и условиям эксплуатации экраноплан практически ничем не отличается от гидросамолета, Специфика заключается в способности к устойчивому приэкранному режиму крейсерского полета на высотах порядка 0,1-0,2 хорды крыла. Полет в таком режиме позволяет создавать подъёмную силу в 1,5-2 раза больше при той же площади крыла и мощности двигателя. Полет на малой высоте с использованием экранного эффекта позволяет добиться большей грузоподъемности и экономии топлива по сравнению с обычными летательными аппаратами и большей скорости по сравнению с кораблями, в том числе кораблями на воздушной подушке и подводных крыльях [1].
По конструктивно-технологическому устройству и условиям эксплуатации экраноплан практически ничем не отличается от гидросамолета, Специфика заключается в способности к устойчивому приэкранному режиму крейсерского полета на высотах порядка 0,1-0,2 хорды крыла. Полет в таком режиме позволяет создавать подьемную силу в 1,5-2 раза больше при той же площади крыла и мощности двигателя. Полет на малой высоте с использованием экранного эффекта позволяет добиться большей грузоподъемности и экономии топлива по сравнению с обычными летательными аппаратами и большей скорости по сравнению с кораблями, в том числе кораблями на воздушной подушке и подводных крыльях [1].
Экраноплан обладает возможностью самостабилизации по высоте, крену и тангажу, что обеспечивает безопасность полета на предельно малых высотах над гребнями волн. Основным режимом движения является установившийся горизонтальный полет, в котором управляющие воздействия пилота невелики и связаны в основном с поддержанием наивыгоднейших режимов полета на минимально возможной высоте над поверхностью.
Коэффициенты подъемной силы у современных самолетов достигают значений Су = 3,0 -4.5 при посадке и значений Су = 0,4 - 0,8 в крейсерском полете. Вследствие кривизны профиля в струях воздуха над крылом создается зона разряжения, а под крылом зона повышенного давления. Распределение зон давлений по площади крыла создает его подъемную силу. Характерное распределение зон давления у профиля крыла в свободном полете и вблизи поверхности показано на рис. 1 [2]. Центр давления при изменении высот полета может смещается до ] хорды крыла, при этом появляются значительные дисбалансирующие моменты.
Рис. 1. Эпюры давлений на профиле крыла
В свободном полете основная доля подъемной силы создается областью разряжения, обусловленной значениями скосов потока воздуха за крылом. С приближением крыла к поверхности скосы потока вниз ограничиваются экраном, уменьшается величина индуктивного сопротивления, возрастает аэродинамическое качество, при этом возрастает давление под крылом. В полете крыло летательного аппарата всегда расположено под некоторым углом к набегающему потоку, при этом над крылом создается зона пониженного давления, а под крылом зона повышенного давления. Вследствие разности давлений, воздух
перетекает через край крыла снизу вверх и, вместе с набегающим потоком, создает (индуцирует) вихри по концам крыла. Причем, чем меньше удлинение крыла (X= размах/хорда), тем мощнее концевые вихри. Величина индуктивного сопротивления, пропорциональная мощности концевых вихрей, определяется из известной формулы [3]:
Cxi Су 2/ X
Характер влияния экрана на П-образную вихревую систему крыла, на мощность концевых вихрей и на направление скосов потоков за крылом показаны на рис. 2[1] и рис. 3[3].
Побртндя ви\рсвля система к рыл л
t^ "г- -Р-О-
—=
Еж
! /
Y7-
OqiiriZEJö
Рис. 2. Скосы потока у оперения
Т I Т Т 1 Ii 1 N ММ
С- Ш -£>
У
'у V4-4
lilt I И I I I 1 I 1 I с __=3gg=__ э
Рис. 3. Экраноплан «Орленок». Концевые вихри Библиографические ссылки
1. Ефименко, Я. В. Экранопланы. Часть 1/ Я. В. Ефименко, А. В. Скулин. / Наука и техника. URL.: http s: //naukatehnika. com/ekranopl any i -chast-1. html (дата обращения: 26.10.2020).
2. Белавин, Н. И. Экранопланы./ Н. И. Белавин — 2-е изд. — Л. : Судостроение, 1977.
3. Ефименко, Я. В. Экранопланы. Часть 1/ Я. В. Ефименко, А. В. Скулин. / Наука и техника. URL.: http s: //naukatehnika. com/ekranopl any i -chast-1. html (дата обращения: 25.11.2020).
© Каримов А.Р., Сяков Е.Е., Афанасьева А.В., 2022
