КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-19-10407

НазваниеПассивные и активные методы управления обтеканием крыла гражданского самолета в крейсерской конфигурации

РуководительСудаков Виталий Георгиевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского", Московская обл

Года выполнения при поддержке РНФ2019 - 2020

КонкурсКонкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-104 - Движение объектов и аппаратов в различных средах

Ключевые словакрыло самолета, управление обтеканием, активные и пассивные методы, бафтинг, численное моделирование

Код ГРНТИ30.17.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Методы управления обтеканием – один из современных инновационных подходов к улучшению аэродинамических характеристик летательных аппаратов. Он может позволить существенно изменить концепции будущих самолетов, включая гражданские самолеты. На предыдущих этапах проекта были изучены несколько пассивных и активных методов управления обтеканием крейсерской конфигурации при трансзвуковых скоростях полета, в частности, с целью подавления трансзвукового бафтинга. По результатам исследований проведен анализ, который показал, что рассмотренные пассивные методы являются малоэффективными. Среди активных методов перспективы имеют струйные вихрегенераторы, а наиболее перспективным методом среди рассмотренных признан выдув тангенциальной струи. Дальнейшие исследования будут развивать данные подходы. Основным средством при этом, как и ранее, будет использование численного моделирования в рамках уравнений Рейнольдса в стационарной и нестационарной постановке. Будут рассмотрены два направления, первое из которых связано с исследованием трехмерных эффектов струйных методов управления обтеканием. Как было показано на предыдущих этапах, переход от двумерной задачи обтекания профиля к трехмерной компоновке самолета не является тривиальным. Требуется применение в выделенных местах по размаху крыла с учетом ограничений возможности двигателя. Второе направление связано с оптимизацией параметров управления обтеканием на трансзвуковых режимах и на режимах трансзвукового бафтинга. Именно эти задачи будут решаться в настоящем проекте, они на нынешний момент являются новыми.

Ожидаемые результаты
Проект позволит развить методы управления обтеканием и, в частности, методы подавления трансзвукового бафтинга, в двух направлениях. Во-первых, будет получена схема применения струйных методов управления на трехмерной компоновке гражданского самолета с учетом ограничений по расходу воздуха или будет показана невозможность удовлетворить всем ограничениям, реализующимся на компоновке самолета. Во-вторых, будут получены оптимальные параметры струйного управления обтеканием с учетом более сложных целевых функций, которые учитывают реакцию струи и потери на реализацию выдува. Развиваемое в проекте направление является ключевым при разработке самолетов гражданской авиации следующего поколения, включая самолеты с высокой топливной эффективностью и безопасностью. Реализация таких систем могла бы обеспечить снижение полного сопротивления самолета на 6-10% (за счет увеличения несущих свойств, которое ведет к уменьшению площади крыла), что позволит соответственно уменьшить расход топлива на крейсерском режиме полета и тем самым снизить выброс вредных веществ. Результаты проекта будут опубликованы в ведущих рецензируемых мировых журналах, таких как Aerospace Science and Technology (Q1), Computers and Fluids (Q1), AIAA Journal (Q1), и представлены на основных международных конференциях с мировой известностью, таких как ICAS, CEAS, EUCASS.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Проведена оптимизация параметров тангенциального выдува струи на верхнюю поверхность профиля крыла. Было рассмотрено несколько целевых функции: максимизация аэродинамического качества с учётом реакции струи; максимизация аэродинамического качества с учётом потерь на организацию струи; максимизация аэродинамического качества с учётом реакции и потерь на организацию струи; минимизация сопротивления при постоянной подъёмной силе с учётом реакции и потерь на организацию струи; максимизация суммы коэффициентов подъёмной силы с учётом режимов трансзвукового бафтинга. Показано, что выдув тангенциальной струи на верхнюю поверхность профиля при учёте как потерь на организацию струи, так и силы реакции от неё является эффективным средством для улучшения аэродинамических характеристик профиля крыла. Максимальное значение аэродинамического качества возрастает на ~6% по сравнению с базовым профилем. При оптимизации, минимизирующей коэффициент сопротивления при постоянном значении коэффициента подъёмной силы, а также учитывающей затраты на организацию струи и реакцию струи, сопротивление снижается на 4%. Для учета режимов трансзвукового бафтинга была выбрана целевая функция, которая рассматривает как характеристики на линейном, так и на нелинейном участке зависимости подъемной силы от угла атаки. При оптимизации положения тангенциального выдува получено, что оптимальным для различных интенсивностей струи является положение Xj=86-87% хорды профиля. Анализ относительного вклада в величину целевой функции результатов на учитываемых углах атаки показал, что вклад в значение целевой функции режима с большим углом атаки (режим трансзвукового бафтинга) оказывается значительно меньше вклада угла атаки линейного режима, поэтому в дальнейшем исследовании необходимо рассмотреть целевую функцию, которая в большей мере учтёт режимы на нелинейном участке. Проведена серия расчётов в стационарной и нестационарной постановке обтекания модели самолёта, состоящей из крыла и фюзеляжа. Для компоновки крыло-фюзеляж показано, что нестационарное течение на режимах, соответствующих трансзвуковому бафтингу, существенно трёхмерно. Показано, что наличие щели и выдув газа заметно меняют картину течения. Струя приводит к уменьшению зоны отрыва на крыле, но, в окрестности внутреннего края выреза отрыв усиливается. Проведен детальный анализ обтекания компоновки на режимах трансзвукового бафтинга. Показано, что перемещение отрывных зон и вихревых структур происходит не столько вдоль хорды, но в большей степени вдоль размаха крыла и характер бафтинга на модели самолёта со стреловидным крылом существенно отличается от случая двумерного профиля. Отрывные области на режиме с М=0.78 на крыле начинают появляться при α≈4.5 градуса. При меньших углах атаки решения стационарной и нестационарной задач совпадают, а при больших – появляется бафтинг. Отрывные области имеют существенно трёхмерную форму и формируются не на всём крыле, а в ограниченной по размаху области. Поэтому амплитуда колебаний аэродинамических характеристик модели не велика. Получены следующие значения относительных амплитуд колебаний коэффициента подъемной силы и частот колебаний: при α=4.5 градуса - нет осцилляций, при α=5 градусов - 5.7% с 74.1 Гц, при α=6 градусов - 2.6% с 94.3 Гц, при α=6.5 градусов - 5.1% и 89.1 Гц. Исходя из характера отрывного течения на крыле на режимах транзвукового бафтинга выбрано положение щели для организации тангенциального выдува струи на верхнюю поверхность крыла.

 

Публикации

1. Брутян М.А., Волков А.В., Потапчик А.В. Экспериментальное исследование нового способа уменьшения волнового сопротивления профиля при трансзвуковых скоростях Technical physics letters, - (год публикации - 2020).

2. Брутян М.А., Волков А.В.,Потапчик А.В. Экспериментальное исследование пассивного способа ослабления трансзвукового баффета Technical physics letters, том 45, вып. 21, с. 19-21 (год публикации - 2019).

3. Гайфуллин А.М., Хайруллин К.Г. Управление бафтингом с помощью движущейся поверхности Fluid Dynamics, - (год публикации - 2020).

4. Сидоренко А.А., Будовский А.Д., Поливанов П.А., Вишняков О.И., Судаков В.Г., Ищенко В.Н. Suppression of transonic buffet with plasma vortex generators Thermophysics and Aeromechanics, No. 4,Vol.26 ,pp. 465–480 (год публикации - 2019).