CC BY
76
2007
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
№ 111
УДК 629.735.015
МЕТОДИКА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САМОЛЕТА
(краткое сообщение)
НА. БОРИСОВА
Статья представлена доктором технических наук, Кощеевым А.Б.
В работе рассматривается возможность предварительной оценки аэродинамических характеристик самолета при полетах в условиях обледенения.
Обледенение самолета - опасное явление, ухудшающее аэродинамические характеристики и летные качества самолета, его устойчивость и управляемость, увеличивающее лобовое сопротивление. Мировая статистика показывает, что число авиационных происшествий, возникающих из-за опасных воздействий среды, в общем балансе аварийности в авиации весьма значительно. Доля этих происшествий может иногда достигать 25 % - 30 % от общего количества авиационных происшествий. Во всем мире только в авиации общего назначения ежегодно происходят десятки тяжелых авиационных происшествий из-за обледенения. Поэтому исследование влияния обледенения на аэродинамические характеристики гражданских самолетов является важной проблемой, связанной с безопасностью и регулярностью полетов. В соответствии с отечественными и зарубежными нормами летной годности безопасность полета пассажирского самолета должна обеспечиваться во всей эксплуатационной области, включая и полеты в условиях обледенения. Для обеспечения необходимого уровня безопасности полетов самолетов в условиях обледенения необходимо еще на ранней стадии проектирования определить влияние льда, образующегося на несущих поверхностях, на его аэродинамические характеристики и выявить особенности динамики полета. Для каждого разрабатываемого ЛА необходимо проанализировать возможные последствия обледенения. При этом, чем раньше будет принято обоснованное решение о степени его защиты, перечне защищаемых частей и типе противо-обледенительной системы (ПОС), тем выше будет уровень безопасности ЛА при полетах в сложных метеоусловиях и тем меньше работ по его доводке и испытаниям придется выполнить в дальнейшем.
До настоящего времени формы льдообразований и соответственно имитаторов льда устанавливали на основе большого количества статистических данных, полученных либо в естественных условиях обледенения, либо в искусственных нормированных условиях. Предлагаемая методика позволит сократить объем необходимых исследований, а на раннем этапе уменьшить и трудозатраты при анализе предварительных аэродинамических характеристик. С точки зрения аэродинамики, накопление льда на крыле и оперении вызывает прирост сопротивления, понижает максимальную подъемную силу и угол сваливания, и увеличивает угол атаки. Существенным прогрессом в решении проблемы ухудшения аэродинамических характеристик явилось то, что различные формы льда с учетом его размеров удалось сгруппировать по степени влияния на аэродинамические характеристики самолета. Введение такой классификации позволило определить точность, с которой необходимо оценивать форму и размеры льда, определить аэродинамические характеристики самолета при различных режимах полета в условиях обледенения. На рис. 1 приведена статистическая зависимость потерь подъемной силы от толщины и формы льдообразований.
Как видно, влияние толщины льдообразований на коэффициент подъемной силы становится практически неизменным по достижении толщины льда, соответствующего льдообразованию на режиме "ожидание". Форма льда при больших значениях толщин не оказывает дополнительного воздействия на потери подъемной силы.
На основании проведенного анализа, а так же анализа расчетных и трубных исследований, статистических материалов (по сравнению самолетов Ту-214 и Ту-204-300), результатов трубных испытаний модели самолета Ту-204 в трубе Т-101 ЦАГИ и летных испытаний самолета Ту-214 с имитаторами льда предложены закономерности, позволяющие методом приращений получать предварительные аэродинамические характеристики самолета при полетах в условиях обледенения.
Ьтак
Рис. 1
1. Характеристики Су(а) с имитаторами льда для конфигураций самолета, определенных в РЛЭ, могут быть определены по следующей формуле:
( / \ "чистый" / \ лед Л
су (аі + Да)л
1 -
истый" лед
су іаі I - су [ аі + ДаI
\ і у самолета-аналога V і У самолета-аналога
су Іа і
" чистый"
самолета-аналога лед
су а
(а і Г
да = а чистыи _ а-
тахсахсамоа-аналога тахсахсамоа-аналога
2. Поляры самолета с имитаторами льда, используемые при расчете ЛТХ, получаются из поляр "чистого" самолета путем добавления к значениям сх при постоянных су величины Дсх, которая нахо-
- — Ь
дится по эмпирической зависимости Дсх( п) (рис. 2), где п =-----------характерная величина льда Ь про-
Ь
а
дольного сечения на ~ 90 % размаха крыла, отнесенная к САХ. Приведенная зависимость получена по результатам трубных испытаний моделей самолетов Ту-204 и Ту-334 в АДТ ЦАГИ и летным испытаниям самолета Ту-214.
Д Сх 0.016 ■
/
/
/
/
/
/
/ ¥
я /
/
/
/
/
0.00 0.01
4 Ти-204 Т101 М=0.15
Ж Ту 214 ЛИ по расходам топлива • Ту-334 Т128 М=0.3
0.014
0.012
0.010
0
0.006
0.004
0.002
0.000
0.02
0.03
Рис. 2
По данной методике были рассчитаны зависимости су(а) для самолета Ту-334.
Проведенные сравнения результатов расчетов влияния льдообразований и результатов летных испытаний самолета Ту-334 показали удовлетворительную сходимость (рис. 3). Аналогично были рассчитаны зависимости су(а) для самолета Ту-204-300 при полетах в условиях обледенения (рис. 4).
Cy
Взлета ал гс-нй жггварня а =32.5*. а =п*
шлньк —
расчет ^ по методек х If ij
1 О 2 »■
204-3 00 б/л У
4,
/
/ \204 300 им IV тип .л.
A /
/
ук
Рис. З.
Рис. 4
Как видно из приведенных материалов, использование данной методики при проектировании самолетов позволяет с достаточной степенью точности спрогнозировать влияние обледенения на аэродинамические характеристики самолета, а так же на ранней стадии проектирования заложить необходимый запас для обеспечения безопасности полетов в условиях обледенения.
METHOD OF THE ICING EFFECT PRELIMINARY EVALUATION ON THE AIRCRAFT AERODYNAMIC CHARACTERISTICS
Borisova N.A.
In the work is examine the possibility of the preliminary evaluation of the aircraft aerodynamic characteristics on the flight in icing conditions.
Сведения об авторе
Борисова Надежда Анатольевна, окончила МАИ (1994), аспирант кафедры аэродинамики, конструкции и прочности ЛА МГТУ ГА, инженер - конструктор ОАО "Туполев", область научных интересов - аэродинамические характеристики самолета при полетах в условиях обледенения, обеспечение безопасности при полетах в условиях обледенения.
