Методы расчёта несущих характеристик компоновок фюзеляж-крыло

• Автор: Фролов, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 178 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ПРОБЛЕМЫ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ КОМПОНОВКИ ФЮЗЕЛЯЖ-КРЫЛО И ЗАДАЧИ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1 Обзор методов аэродинамического расчёта интерференции фюзеляжа и крыла
1.2 Цели и задачи исследования
ГЛАВА 2 ПРИБЛИЖЁННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЁТА НЕСУЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМБИНАЦИЙ ФЮЗЕЛЯЖ-КРЫЛО НА ОСНОВЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ ДЛЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ
2.1 Постановка задачи аналитического определения коэффициентов интерференции в комбинации фюзеляж-крыло
2.2 Интерференция фюзеляжа с круглым поперечным сечением и крыла эллиптической формы в плане (схема среднеплана)
2.3 Интерференция компоновки трапециевидного крыла и фюзеляжа с круглым поперечным сечением (схема среднеплана)
2.4 Интерференция круглого фюзеляжа и трапециевидного крыла, произвольно установленного на фюзеляже
2.5 Интерференция комбинаций фюзеляжа круглого поперечного сечения и трапециевидного крыла с изломами в поперечной плоскости
2.6 Интерференция компоновок фюзеляжа с эллиптическим поперечным сечением и крылом трапециевидной формы в плане
ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ФЮЗЕЛЯЖА И КРЫЛА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ОБТЕКАНИЯ ДВУМЕРНЫХ ТЕЛ И МЕТОДА ДИСКРЕТНЫХ ВИХРЕЙ
3.1 постановка задачи расчёта несущих характеристик компоновок фюзеляж-крыло на основе метода дискретных вихрей и решения задач потенциального обтекания двумерных тел
3.2 Точные и численные решения потенциального обтекания двумерных тел в присутствии пары точечных вихрей
3.2.1. Потенциальное обтекание круглого цилиндра в присутствии пары точечных вихрей
3.2.2. Потенциальное обтекание эллиптического цилиндра в присутствии пары точечных вихрей
3.2.3. Потенциальное обтекание цилиндра, образованного двумя сегментами окружностей, в
присутствии пары точечных вихрей
3.2.4. Потенциальное обтекание двух цилиндров в присутствии пары точечных вихрей
3.2.5. Модифицированный панельный метод для произвольного двумерного контура при наличии пары
симметричных вихрей
3.2.6. Численно-аналитический метод
3.3 Учёт сжимаемости в плоских задачах обтекания тел потенциальным потоком
ГЛАВА 4 СРАВНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА НЕСУЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМБИНАЦИЙ ФЮЗЕЛЯЖ-КРЫЛО С ИЗВЕСТНЫМИ ДАННЫМИ
ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНОВОК ФЮЗЕЛЯЖ-КРЫЛО
ГЛАВА 6 ОПТИМИЗАЦИЯ НЕСУЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОНОВОК ФЮЗЕЛЯЖ-КРЫЛО НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ
6.2 Методы оптимизации
6.3 Краткое описание пакета вычислительных программ для аэродинамического проектирования
6.4 результаты решения задач оптимизации компоновки фюзеляж-крыло для максимизации несущих характеристик
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Обозна- чение Название величины

а горизонтальная полуось эллиптического поперечного сечения фюзеляжа или радиус цилиндра, м
а отношение горизонтальной оси эллиптического поперечного сечения фюзеляжа к размаху крыла
Ъ хорда профиля, текущая хорда крыла, м; вертикальная полуось эллиптического поперечного сечения фюзеляжа, м
К бортовая хорда крыла, м
с максимальная толщина профиля, м
с относительная толщина профиля, с = с/Ь
СР коэффициент давления [формула (73)]
Су* коэффициент подъёмной силы
Су1У коэффициент нормальной силы изолированного крыла, составленного из консольных частей (крыло без подфюзеляжной части)
Суя коэффициент нормальной силы исходного крыла (крыло с подфюзеляжной частью)
СуП'(В) коэффициент нормальной силы изолированного крыла в присутствии фюзеляжа
АСуВф) коэффициенты нормальной дополнительной силы, возникающей на корпусе от присутствия крыла
са У производная коэффициента нормальной силы по углу атаки
Са у В производная коэффициента нормальной силы по углу атаки фюзеляжа
Са у IV производная коэффициента нормальной силы по углу атаки изолированного крыла
С?г,в производная коэффициента нормальной силы по углу атаки для компоновки фюзеляж-крыло
Сха коэффициент силы лобового сопротивления
<*ф диаметр фюзеляжа круглого поперечного сечения, м
ф.э максимальный эквивалентный диаметр фюзеляжа, м, определяемый по формуле ф.э ~ З-м.ф Iя
[) отношение диаметра фюзеляжа к размаху крыла, 0 = с1ф/1
/ мнимая единица г
к высота установки крыла относительно фюзеляжа, м
к относительная высота установки крыла, И = 2/г/с1ф
К аэродинамическое качество
К-В(У) коэффициент интерференции, учитывающий влияние крыла на фюзеляж
Кцг(В) коэффициент интерференции, учитывающий влияние фюзеляжа на крыло
коэффициент интерференции, учитывающий суммарный эффект взаимовлияния крыла и фюзеляжа

/ размах крыла или хорда двуугольника (см. рисунок 3), м
1Ф длина фюзеляжа, м
число Маха набегающего потока
М, критическое число Маха
м общее количество точечных вихрей
N общее количество панелей в панельном методе
п номер приближения [см. формулу (96)1
Р коэффициент сжатия эллипса, р = а/Ь
5 площадь крыла с подфюзеляжной частью (площадь исходного крыла), м2
площадь изолированного крыла (составленного из консолей), м2
Зм.ф площадь миделевого сечения фюзеляжа, м2
3м.ф отношение площади миделевого сечения фюзеляжа к площади исходного крыла
и местная скорость вдоль оси ОХ (02), м/с
ЇЇ местная безразмерная скорость вдоль оси ОХ, й — м/К„
и„ скорость набегающего потока на бесконечности вдоль оси ОХ (02), м/с
V местная скорость вдоль оси ОУ, м/с
V местная безразмерная скорость вдоль оси ОУ, V = у/Ух
V местная скорость вблизи полосы, индуцированная фюзеляжем, м/с
V местная суммарная относительная скорость [формула (97)]
V вектор суммарной скорости течения [формула (72)]
V* модуль скорости потока на бесконечности, м/с
ЯГ (ж) комплексный потенциал течения
У расстояние от плоскости симметрии фюзеляжа до плоскости хорд крыла, м
ув нормальная сила изолированного фюзеляжа, Н
Г* нормальная сила изолированного крыла, Н
у 1И',В нормальная сила комбинации крыло-фюзеляж, Н
г комплексная переменная г = х + іу
г безразмерная аппликата г = 2г// или г
*6 относительная координата бортовой хорды
аппликата излома крыла в поперечной плоскости
а угол атаки; угол атаки комбинации фюзеляж-крыло, град.
а в =аф угол атаки тела (угол атаки фюзеляжа), град.
II угол атаки крыла, град.
«* угол, определяющий направление нормали к панели в к -ой контрольной точке в декартовой системе координат ОХУ
Р фактор, учитывающий сжимаемость /? = 1 - М*
5 угол установки крыла или угол при пересечении двух окружностей, град. (см. рисунок 19)

ГЛАВА 2 ПРИБЛИЖЁННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЁТА НЕСУЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМБИНАЦИЙ ФЮЗЕЛЯЖ-КРЫЛО НА ОСНОВЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ ДЛЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ1
2.1 Постановка задачи аналитического определения коэффициентов интерференции в комбинации фюзеляж-крыло
Современные потребности практики проектирования ЛА приводят к необходимости разработки таких ММ, в которых должна учитываться как форма фюзеляжа в поперечной плоскости, так и форма крыла в плане и в поперечной плоскости. Получение аналитических решений для пространственных компоновок всегда сопряжено с упрощениями, которые неминуемо приводят к приближённой постановке задачи. Однако если будет проверено, что полученные решения хорошо согласуются с экспериментальными данными, то такие результаты очень полезны для проектировщиков новых ЛА, поскольку позволяют быстро оценивать предлагаемые решения на стадии предварительного проектирования.
Для вывода инженерных формул для расчёта коэффициентов интерференции предлагается использовать МП, который был существенно развит автором диссертации.
Основные предположения МП:
рассматривается бесконечно длинный фюзеляж;
крыло представляет собой бесконечно тонкую поверхность с конечным числом изломов передней и/или задней кромок;
крыло может иметь конечное число изломов в поперечной плоскости;
* угол установки крыла равен нулю;
геометрическая крутка крыла отсутствует;
крыло может в поперечной плоскости относительно фюзеляжа занимать произвольное положение;
1 Глава написана по результатам работ [96, 97, 122, 129-131]