Оптимизация механизированных профилей на основе решения уравнений Навье-Стокса

• Автор: Румянцев, Андрей Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 196 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Метод расчёта
1.1 Система уравнений
1.1.1 Уравнения Навье-Стокса в безразмерной форме
1.1.2 Моделирование турбулентных течений
Модель турбулентности Болдуина-Ломакса
Модель турбулентности Спаларта-Аллмараса
1.1.3 Граничные условия „
Граничные условия на стенке
Граничные условия на входной и выходной границах
Граничные условия на удалённой внешней границе
1.2 Решение уравнений Навье-Стокса
1.2.1 Метод конечных объёмов
1.2.2 Вычисление производных в вязких членах на гранях
1.2.3 Дискретизация граничных условий
Граничные условия на стенке
Граничные условия на внешней границе
1.2.4 Метод решения дискретной системы уравнений
1.2.5 Искусственная вязкость
1.2.6 Решение уравнения для турбулентной вязкости
1.2.7 Построение сеток
1.3 Тестирование программы
1.3.1 Уравнения Эйлера
Профиль Кармана-Треффца
Профиль ИАСА-0012
Высоконесущий профиль с закрылком
1.3.2 Уравнения Навье-Стокса (ламинарный пограничный слой)
Пограничный слой на пластине
Профиль ИАСА-0012 при малых числах Рейнольдса
1.3.3 Уравнения Навье-Стокса (турбулентный пограничный слой)
Модель Болдуина-Ломакса
Пограничный слой на пластине
Профиль МАСА-0012
Модель Спаларта-Аллмараса
. Пограничный слой на пластине
Профиль ЫАСА-ОО12
Высоконесущий механизированный профиль самолёта Бе
Выводы
2. Валидация программы (метода) расчёта на многозвенных профилях и
особенности их обтекания
2.1 Описание экспериментальной установки и методика испытаний
2.1.1 Описание аэродинамической трубы Т-203 СибНИА ;

2.1.2 Описание экспериментальной установки
2.1.3 Измерения
2.2 Выбор метода сопоставления расчёта и эксперимента
2.3 Описание численного моделирования обтекания профилей в ограниченном и безграничном потоке
2.3.1 Численное моделирование обтекания механизированного профиля в АДТ Т-203 СибНИА
2.4 Сопоставление расчётных и экспериментальных данных и анализ обтекания механизированных профилей
2.4.1 Профиль
Анализ расчётных и экспериментальных данных
2.4.2 Профиль
Анализ расчётных и экспериментальных данных
Выводы
3. Методика оптимизации многоэлементных профилей
3.1 Постановка задачи оптимизации
3.1.1 Критерии оптимизации:
3.1.2 Параметры оптимизации
3.1.3 Условия оптимизации
3.1.4 Особенности оптимизации элементов механизированного профиля: 80
Оптимизация положения закрылка
Оптимизация- положения предкрылка
3.2 Методы решения задачи оптимизации:
3.2.1 Методы поиска оптимума целевой функции
3.2.2 Вычисление производных
3.2.3 Выбор шага поиска
Выводы
4 Примеры оптимизации взлётно-посадочной механизации профилей
4.1 Построение сеток (выбор параметров)
4.2 Высоконесущий профиль самолёта Бе
4.2.1 Оптимизация положения закрылка
4.3 Суперкритический профиль самолёта SSJ
4.3.1 Оптимизация положения закрылка
4.3.2 Оптимизация положения предкрылка
4.3.3 Результаты оптимизации
4.4 Суперкритический профиль самолёта МС
Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Как известно, необходимость повышения несущих характеристик механизированного крыла вытекает из противоречия между высокой крейсерской скоростью и требованиям к взлётно-посадочным характеристикам. Последние, в основе своей, следуют из условий безопасности полёта, а также ограничения дистанций взлёта-посадки, что приводит к требованию значительного уменьшения скорости на этих режимах.
Существуют разные виды механизации передней и задней кромок профиля крыла, но в основе своей механизация делится на нещелевую (щиток Крюгера, отклоняемый носок, щиток, простой закрылок и т.п.) и щелевую (предкрылок, различные виды щелевого закрылка и т.п.). Последняя различается также по способу выдвижения на выдвижную и невыдвижную.
На пассажирских самолётах разного типа может применяться как щелевая так и нещелевая механизация одновременно. Например, у самолётов серии АЗХХ или Воет§ 7ХХ на корневых частях крыла до мотогондол устанавливается щиток Крюгера, а на консольной части — предкрылок.
В настоящее время нещелевая механизация задней кромки применяется ограниченно, лишь на легкомоторных и ультралёгких самолётов, что связано с простотой её конструктивного выполнения и меньшим весом, несмотря на меньшую эффективность по сравнению со щелевой. На значительной части типов самолётов и особенно на современных транспортных и пассажирских самолётах в силу необходимости высоких несущих характеристик (при некотором конструктивном усложнении) применяется щелевая механизация задней кромки. К тому же она имеет меньшее аэродинамическое сопротивление, что немаловажно при разбеге самолёта и особенно на начальном участке набора высоты.
Дополнительно можно отметить, что долгое время на пассажирских и транспортных самолётах для механизации задней кромки применялась двух-или трёхщелевая механизация, которая обеспечивает наибольший максимальный коэффициент подъёмной силы. Но, учитывая опыт

где к — номер грани ячейки.
1.2.5 Искусственная вязкость
Данная схема решения, является схемой с центрально-разностной аппроксимацией производных и характеризуется неустойчивостью в виде колебаний решения между четными и нечетными номерами ячеек. Для подавления подобного рода неустойчивости в уравнения (1.31) искусственно включаются диссипативные члены Л(м>) [65]:
1 (л) I

eW(w)-(p.DW(W)+(l-p.)Z)(w-1)(W))
At AS Значения коэффициентов Р;- следующие [65, 67]:

(1.39)
рГ1; Р2=0; рз=14/25; р4=0; р5=11/25.
Для ячейки с номером (г,у) члены искусственной вязкости D(w)
представляются в следующем виде: AS
£)"(w)=—JL ,J bt
1 1 ~d. 1 ,]+K
l + rJ '~2’J l’J+2

(1.40)
Рассмотрим вычисление d для координатного направления i, полагая, что у = const. Допустим, что индекс i+1/2 обозначает грань, разделяющую ячейки i и i+1 (рисунок АЛЛ). Тогда, опуская индекс у, величина di+J/2 определяется по формуле:
d 1=г{2)j (wi+2-3wi+l + 3w-wi_l),

,(4)
(1.41)

Рі+1-2РІ+Рі
Рі+х+2рЛр
Р(2) maxfj2) J2) (2) .
Є.Д ~к2твх >vi+1 ’

=max/o
/+т i+k
2 2,
(1.42)
Значения множителей £2=0,01 , £4=0,005 выбираются на основе
численных экспериментов и могут меняться в небольших пределах.