Исследование интерференции двигателя и планера пассажирского самолета интегральной схемы

• Автор: Лысенков, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 05.07.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Список основных обозначений

Используемые индексы

1. Математическая постановка задачи и метод ее решения

1.1 Математическая постановка задачи

1.2 Методика расчета обтекания летательного аппарата идеальным газом

1.3 Расчет параметров пограничного слоя методом Репика

1.4 Адаптация расчетной сетки методом Брэкбилла-Зальцмена

2. Верификация расчетной методологии

2.1 Сравнение расчетов автора с другими известными методами

2.2 Построение математической модели аэродинамической трубы ТПД

2.3 Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными

3. Расчет характеристик планера самолета интегральной схемы
3.1 Методика определения коэффициентов интерференции
3.2 Описание самолета интегральной схемы
3.3 Расчет обтекания изолированного фюзеляжа и крыла
3.4 Расчет обтекания крыла в компоновке с фюзеляжем
4. Исследование интерференции двигателя и планера самолета интегральной схемы
4.1 Методика расчета тяги двигателя
4.2 Построение математической модели самолета интегральной схемы с активным диском
4.3 Исследование влияния двигателя и пилона двигателя на аэродинамические характеристики планера самолета
4.4 Влияние планера самолета интегральной схемы на характеристики двигателя
Выводы
Литература
Рисунки

В последнее время во всех областях деятельности человека активно внедряются быстродействующие вычислительные машины. В своих работах академик Самарский Л.А. замечает: "Широкое применение математических методов позволяет поднять общий уровень теоретических исследований, дает возможность проводить их в более тесной связи с экспериментальными исследованиями" [1]. Численный расчет широко используется в процессе проектирования летательных аппаратов. Это объясняется рядом причин, среди которых можно отметить следующие:
• простота изменения формы исследуемого летательного аппарата (ЛА).
• возможность моделирования ЛА реальных размеров при реальных параметрах полета (высота, температура, плотность, число Рейнольдса).
• использование предварительных данных для уменьшения трудоемкости подготовки и проведения эксперимента в аэродинамических трубах (АДТ) [2]. Подготовка эксперимента в АДТ требует несколько месяцев (проектирование и изготовление модели, установка ее в АДТ, обработка результатов). Наличие математической модели исследуемого явления позволяет значительно сократить указанный цикл, особенно его начальную стадию.
Возможны различные схемы внедрения расчетных методологий в практику проектирования современных ЛА. В конструкторских бюро авиационной промышленности используют расчеты на ЭВМ как на предварительной стадии проектирования, так и на этапе подготовки к эксперименту в аэродинамических трубах. Это приводит к необходимости разработки расчетных программ различного типа. Среди них особое место занимают сложные программы, которые учитывают влияние основных элементов АДТ на обтекание модели ЛА. Применение таких программ позволяет значительно сократить время предварительной подготовки эксперимента и уменьшить объем пусков в аэродинамических трубах [3]. Они оказываются полезными на этапе обработки экспериментальных данных, так как

позволяют учесть влияние ЛДТ на результаты исследования. Например, сопоставление данных двух расчетов (с державкой и без державки модели) дает оценку влияния державки на результаты испытаний. Аналогичным образом учитывается влияние стенок АДТ и т.д.
При создании облика современного ЛА важнейшую роль играет исследование влияния его частей друг на друга. Такое влияние называется интерференцией. Проблемой интерференции занимаются различные исследователи с использованием как экспериментальных, так и расчетных методов. Например, задача об интерференции крыла и фюзеляжа, обтекаемых под углом атаки, решена академиком Дородницыным А.А. в 1943 году [4]. Несущая система в его работах рассматривается в виде комбинации плоского прямоугольного крыла и тонкого осесимметричного тела, не создающего собственной подъемной силы. Эффект фюзеляжа моделируется системой источников-стоков и диполей, а крыло заменяется вихревой линией, пересекающей фюзеляж и имеющей переменную циркуляцию. Для циркуляции крыла в присутствии фюзеляжа получено интегродифференциальное уравнение, для решения которого предложен метод итераций, причем на каждой итерации решается обычное уравнение Прандтля с возникающим здесь свободным членом.
Но на обтекание крыла влияет не только фюзеляж, но и двигатель. На современном уровне эта задача решается комбинацией экспериментальных исследований и компьютерных расчетов. В книге под редакцией доктора Дмитриева В.Г. [5] показано, что ЦАГИ является ведущим предприятием как по экспериментальным исследованиям, так и в области расчетных технологий. Важно, что все разрабатываемые в ЦАГИ технологии находят практическое применение. Например, в основе методологии, разработанной в НИО-2 ЦАГИ (Скоморохов С.И, Баринов В.А.) [5], лежат параметрические экспериментальные данные, полученные в результате исследований интерференции планера и гондолы двигателя в присутствии пилона [6]. При этом показано, что на докритических числах Маха набегающего потока (Мкр=0.6-;-0.7) интерференция крыла и фюзеляжа незначительна. При больших числах Маха ситуация изменяется, появляется

3.2 Описание самолета интегральной схемы.
На смене столетий наиболее быстро растущим сегментом рынка пассажирских самолетов являются региональные реактивные самолеты, призванные обслуживать прямые рейсы между парами городов. Типичное число мест для региональных самолетов колеблется в районе 50-80. Рынок 100-местных самолетов примыкает с одной стороны к рынку региональных самолетов, но в то же время является более спорным, так как этот сегмент находится на стыке магистральных и региональных самолетов. В этой размерности возможны как старшие члены семейства региональных самолетов (Domier 928JET), так и младшие члены семейства магистральных самолетов (Л-318, В-737-600), так и специализированные 100-местные самолеты (В-717-200, Tu-334-lOO, ЕМВ-190-200) [43]. Рыночная ситуация предъявляет очень высокие требования к любому новому проекту в этой категории как с позиции технико-экономических показателей, так и с позицииг привлекательности для авиалиний и пассажиров. В этой ситуации новое качество может быть получено за счет привлечения к рассмотрению нетрадиционных компоновок.
Российская компания ЛвиаСТЭП разрабатывает новый 100-местный самолет с реконфигурируемой грузопассажирской кабиной в схеме несущий фюзеляж*' (Рис. 34). Принципиально новое техническое решение пассажирской кабины позволяет достичь высокого уровня комфорта для пассажиров, предложить авиакомпаниям широкий спектр компоновок пассажирской кабины, широкий перечень ассортиментов грузов, иметь однотипный гибкий парк самолетов, приспособленный к решению собственной транспортной задачи с минимальными издержками. В настоящее время программа разработки самолета находится на этапе эскизного проектирования. Исследования проводятся в тесном сотрудничестве с ЦАГИ, другими институтами и представителями авиакомпаний-перевозчиков.
Проектировочное ТЗ было выработано на основе обсуждения с представителями авиалиний для наиболее полного удовлетворения современных и возможных будущих требований рынка. В соответствии с ними рассматриваются две версии самолета: для линий малой протяженности с базовым взлетным весом и