CC BY
41
УДК 533.695.1
ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КРЫЛА НА ИХ ДЕФОРМАЦИЮ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ СИЛ МЕЖДУ КРЫЛОМ И АВИАЦИОННЫМИ СРЕДСТВАМИ ПОРАЖЕНИЯ И.К. Макаров, В.А. Нецвет, С.Н. Салтыков
Используя зависимости коэффициентов интерференционных сил внешней подвески от перемещения подвески вдоль крыла на скоростях М=2 и М=2.35, произведен расчет величины интерференционных сил, действующих на внешнюю подвеску. Результаты позволили оценить влияние интерференционных сил на деформацию силовых элементов крыла самолета
Ключевые слова: интерференционные силы, сверхзвуковой поток, скачек уплотнения, силовой набор, деформация
Современные боевые летательные аппараты (ЛА), имеющие подкрыльевые авиационные средства поражения (АСП), выполняют полеты в широком диапазоне высот и скоростей, в том числе и со сверхзвуковыми скоростями. Особенностью сверхзвукового полета является возникновение скачков уплотнения, что приводит к сложному интерференционному взаимодействию
самолета и АСП. В результате этого взаимодействия значительно изменяется величина сил, действующих на АСП. Возникают интерференционные силы вертикальные Yинт и боковые Zинт, величина которых зависит от режима полета и положения АСП под крылом ЛА (рис.1).
Экспериментальная оценка
интерференционного взаимодействия между ЛА и АСП затруднительна, так как продувки моделей в аэродинамических трубах сложны и дороги, требуют высокого подобия малоразмерных моделей натурным объектам. Кроме того, методика проведения таких исследований требует многократных повторений для получения достоверного результата, что приводит к дополнительным финансовым и временным затратам.
Перечисленные особенности приводят к необходимости разработки и применения методик, позволяющих в приемлемые для практики сроки оценивать характер влияния различных факторов на деформацию конструкции. При этом важно, чтобы применяемый математический аппарат
6000,00
4000,00
л
5
и
-2000,00
-6000,00
\ М=2 Н=15 / (М
\
0,5 0,2 0 4^15 0,4
"Уинт
■гинт
-<3
Перемещение подвески
Рис. 1. Величина интерференционных сил, действующих на АСП под крылом ЛА
Макаров Илья Константинович - ВАИУ, инженер, тел. 8 (920) 414-04-80
Нецвет Виталий Александрович - ВАИУ, курсант, е-mail: Mak-11 @yandex.ru
Салтыков Сергей Николаевич - ВАИУ, канд. техн. наук, доцент, е-mail: Mak-11@yandex.ru
позволял не только рассчитать величину деформаций, но и выявлял причину деформации конструкции планера.
Эта задача может быть решена при помощи современных расчетных программных комплексов. Одним из таких комплексов, позволяющих оценить влияние внешних сил на силовые элементы летательного аппарата является расчетная программа ANSYS 13.0 .
С использованием ANSYS 13.0 были проведены исследования по оценке влияния интерференционных сил между крылом ЛА и АСП на деформацию силовых элементов крыла, имеющих различные геометрические параметры - форму профиля поперечного сечения, сужение поясов лонжеронов.
Используя зависимости коэффициентов интерференционных сил внешней подвески от перемещения подвески вдоль крыла на скоростях М=2 и М=2.35, эксплуатационный диапазон высот и скоростей полёта самолета, таблицы стандартной атмосферы был
произведен расчет величины
интерференционных сил действующих на внешнюю подвеску (рис.1).
Полученные данные были интегрированы в программный продукт ANSYS 13.0. и позволили оценить влияние
интерференционных сил на деформацию силовых элементов крыла самолета.
При вычислениях в программе ANSYS 13.0, учитывался размер расчетной сетки. При изменении его размера, менялась картина
распределения нагрузок и величина деформации. Вследствие уменьшения размеров расчетной сетки, картина
возникновения деформации становилась более физичной. А при увеличении - наблюдался обратный процесс. Многократные
исследования показали, что существует граница уменьшения размеров сетки,
характеризующая постоянную картину возникновения деформации (рис.2). Эти результаты были учтены при выполнении дальнейших исследований.
Рис. 2. Влияние размеров расчетной сетки на результаты расчетов
Первой задачей при проведении исследований являлось определение влияния интерференционных сил на деформацию балки, имеющей прямоугольную форму поперечного сечения. Выполненные расчеты позволили оценить влияние вертикальных и боковых интерференционных сил ^инт и Zинт) на величину деформации при различных положениях АСП при разных режимах полета ЛА. Полученные результаты представлены в виде графиков зависимости деформации от перемещения АСП вдоль крыла при сверхзвуковых скоростях полета М=2, М=2.35 и Н=15км (рис.З).
12,00
5
2 ю,оо *■
8,00
(Г
5 ^,00
=г
^ 4,00
О.
о 2-00
-е-
О) 0,00
^ -0,5 -0,2 0 0,15 0,4
Перемещение подвески
10.00 2 9,00
5 8.00 <]" 7.00
' ’ 6,00 ^ 5.00
^ 4,00
2 3.00
| 2-00 О 1,00 О 00
1)
^ -0,5 -0,2 0 0.15 0.4
Перемещение подвески
Рис. 3. Вклад вертикальной и боковой интерференционных сил в деформацию конструкции при различных числах М полета ЛА
Из графиков видно, что на М=2
максимальные перемещения элементов конструкции положительно направлены и в
значительно превышают отрицательные
перемещения конструкции при числе Маха М=2.35.
Следующим этапом исследований
являлась оценка влияния геометрической
формы поперечного сечения на величину деформации конструкции.
Из сопротивления материалов известно, что при изгибе деформация, возникающие в балке прямоугольного сечения и двутавре различны при одинаковой площади их поперечных сечений. Проведенные в ANSYS
13.0 исследования деформации в балке с прямоугольным профилем поперечного сечения (рис.4а) больше, чем в балке с двутавровым сечением одинаковой площади (рис.4б).
Были проведены исследования по оценке влияния непаралельности поясов балки на деформацию балки с учетом изменения интерференционных сил. Из графиков видно, что балка, имеющая двутавр со сходящимися поясами (рис.4в) деформируется при изгибе сильнее, чем балка, имеющая двутавра с постоянным сечением (рис.4б).
Таким образом, выполненные
исследования показывают, что величина интерференционных сил между крылом ЛА и
АСП, оказывает значительное влияние на деформацию элементов конструкции крыла ЛА.
Литература
1. Особенности аэродинамики и динамики полета самолета с внешними подвесками при сверхзвуковых скоростях. ВАИУ (г. Воронеж) 2010 г. Д.В. Верещиков, С.Н. Салтыков
2. Динамика полета. ВВИА им. Н.Е. Жуковского 2008 г. С.В. Левицкий, Н.А. Свиридов
3. Строительная механика летательных аппаратов . 1986 г. И.Ф. Образцов
4. Сопротивление материалов. 2001г. А.В. Александров, В.Д. Потапов, Б.П. Державин.
Вяпкя прямпугольнот сечения
12,00
2 10.00
w 8,00 о:
=г
HJ
6.00
4,00
CL
о
•0* 2.00 et
0.00
M- 2иЬ , >— 1=2,3 5 H-15
M=2 3 V N M=2
/ \ /'
G /
\
/ \
3.00 2 2.50
<s
2.00
а:
J 1,50 ф
2 1.00
Q.
о
& 0.50
а
et
0.00
•0.5 -0.2 0 0.15 0.4
Перемещение подвески
а)
Двутавр
M =2 и M=2.3 H=l!
M=2.35 M=2
/ /
Q V-
\
•0.5 -0.2 0 0.15 0.4
Перемещение подвески
Двутавр со сходящимися поясами
4.00
3.50
2 2
з.оо
^ 2,50
J 2 00 ГС
2 1.50
О.
О і-00 -0*
ф 0.50 * 0,0
M= 1=2.3 5 H= 15
> Л=ІЛЇ М=і
/ /
\
's , / /"
•0.5 -0.2 О 0.15 0.4
Перемещение подвески
б)
в)
Рис. 4. Вклад вертикальной и боковой интерференционных сил в деформацию конструкции при
различных числах М полета ЛА
Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)
INFLUENCE OF GEOMETRICAL PARAMETRES OF LOAD-BEARING ELEMENTS OF A WING ON THEIR DEFORMATION TAKING INTO ACCOUNT INFLUENCE OF INTERFERENCE FORCES BETWEEN A WING AND AVIATION MEANS OF DEFEAT I.K. Makarov, V.A. Netsvet, S.N. Saltykov
Using relations of factors of interference forces of the external suspension to suspension moving along a wing on speeds М=2 and М=2.35, calculation of value of interference forces acting on the external suspension is made. Results allowed to estimate influence of interference forces on deformation of load-bearing elements of a wing of the plane
Keywords: interference forces, supersonic flow, seal races, primary structure, deformation
