CC BY
137
Секция
«ЭКСПЛУАТАЦИЯ И НАДЕЖНОСТЬ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ»
УДК 629.7.016
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АЭРОДИНАМИКИ ЭКРАНОПЛАНА В СЛУЧАЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ОБТЕКАНИЯ НА ОСНОВЕ ANSYS
Ю. Ф. Вшивков, Е. А. Галушко
Иркутский филиал Московского государственного технического университета
гражданской авиации Российская Федерация, 664047, г. Иркутск, ул. Коммунаров, 3 E-mail: [email protected]
На основе анализа проблемы обеспечения приемлемой устойчивости и управляемости экрано-плана предлагается методика исследования аэродинамических характеристик экраноплана с использованием пакета Ansys в нестационарной постановке задачи с применением всего инструментария Ansys. Достоверность расчета аэродинамических характеристик подтверждается методическими исследованиями авторов.
Ключевые слова: экраноплан, устойчивость экраноплана.
MATHEMATICAL MODEL AERODYNAMICS OF WIG IF UNSTEADY
FLOW BASED ON ANSYS
J. F. Vshivkov, E. A. Galushko
Irkutsk branch of Moscow State Technical University of Civil Aviation 3, Communards str., Irkutsk, 664047, Russian Federation E-mail: [email protected]
Based on the analysis of the problem of providing an acceptable stability and control of WIG a method is proposed to study aerodynamic characteristics WIG using Ansys in steady and unsteady formulations of the problem using only the tools Ansys. The accuracy of the calculation of aerodynamic characteristics of confirmed methodical research of the authors.
Keywords: WIG, stability WIG.
Основной проблемы при проектировании экраноплана является проблема обеспечения приемлемой устойчивости и управляемости [1]. Экраноплан, является в широком смысле динамически неустойчивым и сложным объектом управления [2; 3]. Поэтому принято определять частные характеристики устойчивости и управляемости по отдельным параметрам, например по углу атаки, скорости и т. п. Также необходимо обеспечить приемлемые эксплуатационные свойства экраноплана в процессе их реализации на практике. Поскольку в качестве объекта исследования выступает экраноплан необходимо учитывать следующие факторы. Во-первых, отстояние от экрана (высота полета) является одним из определяющих аспектов непосредственно влияющих на аэродинамические характеристики. Кроме того существенно усиливается нелинейная зависимость аэродинамических характеристик от таких кинематических параметров как угол атаки, угол отклонения аэродинамических управляющих поверхностей и т. д. Существенное влияние на динамику движения оказывают появляющиеся нестационарные эффекты, то есть значения аэродинамических коэффициентов постоянно изменяются во времени. Во-вторых, вследствие близости подстилающей поверхности, наличия на ней неровностей, возрастают требования к устойчивости и точности управления экраноплана. Эту проблему можно решить, например, применением предварительного проектирования в CAD или CFD системах.
Секция «Эксплуатацияи надежность авиационной техники»
В работе предлагается математическая модель экранопланаи созданная в программе конечно -элементного анализа ANSYS Inc (см. рисунок).
Исследуемая 3Б-модель экраноплана была помещена в специально смоделированное ограниченное пространство в виде канала прямоугольного сечения (математический аналог аэродинамической трубы). Начало и конец этой трубы являлись, соответственно, входом и выходом потока. Экраноплан рассматривается как твердое тело (без учета влияния упругих деформаций конструкции на его форму) изменяемой геометрической формы за счет отклонения управляющих поверхностей. В качестве среды (материального тела) был выбран воздух (air). Ansys предлагает наиболее корректный метод моделирования экрана -подвижный экран. Это обеспечивается заданием на экране граничного условия подвижной стенки (moving wall). В этом типе граничного условия стенка движется со скоростью невозмущенного потока. Также Ansys позволяет реализовать несколько моделей турбулентности, с целью определения достоверности получаемых результатов были проведены расчеты для каждой модели турбулентности. Скорость невозмущенного потока составляла 40 м/с.
В рамках настоящей работы был определен комплекс аэродинамических характеристик (коэффициентов). Вращательные производные коэффициентов, нестационарные аэродинамические характеристики определялись решением задачи в Ansys в нестационарной постановке. Высокая инженерная ответственность исследования несущей системы экраноплана потребовала выполнения методических исследований на основе сопоставления результатов расчета полученных в Ansys с экспериментальными данными и результатами моделирования других авторов [4; 5].
Устойчивость и управляемость оцениваются по результатам качественного анализа аэродинамических характеристик (коэффициентов) экраноплана. Результаты моделирование в Ansys при нестационарной постановке задачи позволяют непосредственно оценить характер поведения экрано-плана, его динамические устойчивость и управляемость, определить область допустимых углов атаки и эффективность органов управления. Достоинством предлагаемого подхода является реализация достаточно полной математической модели аэродинамики экранопланана на этапе предварительного проектирования.
Библиографические ссылки
1. Жуков В. И. Особенности аэродинамики, устойчивости и управляемости экраноплана. М. : Изд. отдел ЦАГИ, 1997. 81 с.: ил.
2. Экранопланы - транспортные суда XXI века / А. И. Маскалик, Р. А. Нагапетян и др. СПб. : Судостроение, 2005. 576 с.: ил.
3. Пашковский И. М. Динамика и управляемость самолета. М. : Машиностроение, 1987. 248 с.
4. Горяинов А. М., Заволженский А. Е., Кривель С. М. Опыт визуализации течений в гидродинамических исследованиях методами водородных пузырьков и красок // Голография: фундаментальные исследования, инновационные проекты и нанотехнологии : материалы 26 Школы по когерентной оптике и голографии. Иркутск : Папирус, 2008. 568 с.: ил.
5. Вшивков Ю. Ф., Галушко Е. А., Кривель С. М. Комплексная оценка достоверности расчёта аэродинамических характеристик сложных объектов с использованием ANSYS [Электронный ресурс] // Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык (МИАЖ «Crede Experto») : междунар. информационно-аналитический журнал. 2015. № 1 (03). URL: http://ce.if-mstuca.ru (дата обращения. 7.03.2015).
© Вшивков Ю. Ф., Галушко Е. А., 2015
