Аеродинамічна компоновка арочного крила з повітряним гвинтом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аеродинамічна компоновка арочного крила з повітряним гвинтом

повітряний гвинт інтерференційний крило

Постійний пошук шляхів підвищення льотно - технічних характеристик літальних апаратів обумовив застосування в сучасному та перспективному авіабудуванні нетрадиційних компоновочних рішень. Одним із прикладів таких рішень є використання в якості несучої поверхні літака арочного крила, яке в комбінації з повітряним гвинтом дозволяє отримати високі значення злітно-посадочних характеристик літака, відкриває можливість здійснення горизонтального усталеного польоту на гранично малих еволютивних швидкостях.

Актуальність досліджень. Арочне крило у взаємодії із працюючим повітряним гвинтом має ряд переваг у порівнянні із прямим крилом. Однак фізична сутність явищ, що відбуваються при обтіканні компоновки "арочне крило - повітряний гвинт", не пояснювалася з наукової точки зору. Інтерференційний вплив повітряного гвинта та арочного крила вивчено не достатньо повно. Тому встановлення закономірностей інтерференційного впливу елементів системи "арочне крило - повітряний гвинт" є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі аеродинаміки та динаміки польоту факультету (авіаційного) Харківського університету Повітряних Сил (ХУ ПС) відповідно до напрямків наукових досліджень кафедри, теми науково-дослідної роботи № 48301 / ХІ ВПС - "Підвищення бойової та транспортної ефективності сучасних і перспективних літальних апаратів", шифр "Модель-202", наукової тематики відділу аеродинаміки АНТК ім. О. К. Антонова щодо експериментального літака.

Мета і задачі досліджень. Метою досліджень є визначення основних закономірностей інтерференційного впливу арочного крила й повітряного гвинта в аеродинамічній компоновці "арочне крило - повітряний гвинт" та розробка рекомендацій щодо розташування повітряного гвинта в каналі арочного крила відносно його хорди.

Для досягнення мети у роботі були вирішені такі задачі:

- на основі аналізу відомих результатів проведених досліджень обґрунтовано напрямок пошуку шляхів підвищення льотно-технічних характеристик літальних апаратів з комбінацією "арочне крило - повітряний гвинт";

- застосуванням експериментальних і теоретичних методів аеродинаміки виявлені особливості обтікання комбінації "арочне крило - повітряний гвинт" та на основі цього обґрунтовано вибір методів оцінки аеродинамічних характеристик даної комбінації при проведенні параметричних досліджень;

- виявлені закономірності зміни аеродинамічних характеристик комбінації "арочне крило - повітряний гвинт" при зміні відносної відстані її елементів, режимів роботи гвинтового рушія та кінематичних параметрів обтікання;

- розроблені рекомендації щодо розташування повітряного гвинта в каналі арочного крила відносно його хорди, які дозволяють отримати найбільші прирости аеродинамічних характеристик комбінації.

Об'єктом дослідження даної роботи є процес взаємодії компоновки "арочне крило - повітряний гвинт" з повітряним потоком.

Предметом дослідження є аеродинамічні характеристики компоновки "арочне крило - повітряний гвинт".

Методи дослідження. Для дослідження характеру течії в районі арочного крила в компоновці "арочне крило - штовхаючий повітряний гвинт" і визначення границь застосування розрахункового методу були використані експериментальні методи визначення аеродинамічних характеристик. При проведенні параметричних досліджень впливу на основні аеродинамічні характеристики арочного крила режиму роботи повітряного гвинта і його положення відносно хорди крила застосовувався метод дискретних вихорів (МДВ) і панельний метод збурених потенціалів (метод Моріно).

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

- вперше встановлений характер течії в районі арочного крила в компоновці "арочне крило - повітряний гвинт";

- встановлено залежності аеродинамічних характеристик системи "арочне крило - повітряний гвинт" від геометричних і кінематичних параметрів несучої системи.

Практичне значення отриманих результатів:

- отримано результати параметричних досліджень впливу зміни геометричних параметрів і взаємного розташування елементів системи "арочне крило - повітряний гвинт " на її несучі властивості;

- розроблено рекомендації з вибору раціональних геометричних параметрів аеродинамічної компоновки "арочне крило - повітряний гвинт";

- отримані наукові результати можуть бути використані в науково-дослідних установах Міністерства оборони та організаціях промисловості при визначенні напрямків модернізації авіаційної техніки, а також при розробці аеродинамічних компонувань літальних апаратів у процесі створення нової та модернізації існуючої авіаційної техніки.

Реалізація результатів роботи. Розроблені автором наукові положення реалізовані:

- у науково-дослідній роботі "Підвищення бойової й транспортної ефективності сучасних і перспективних літальних апаратів", № 48301, шифр "Модель-202;

- у навчальному процесі факультету (авіаційного) ХУ ПС, зокрема, в дисципліні "Основи авіації та космонавтики" (тема № 9) та "Сучасні методи дослідження аеродинаміки та динаміки польоту" (тема № 2) за спеціальністю 7.100106 - "Виробництво, технічне обслуговування та ремонт повітряних суден і авіадвигунів (літаки, вертольоти та авіаційні двигуни)";

- у відділенні аеродинаміки АНТК ім. О.К. Антонова щодо можливого використання отриманих аеродинамічних характеристик компоновки "арочне крило - повітряний гвинт".

Особистий внесок здобувача. Наукові положення, висновки і рекомендації, викладені в дисертації та представлені до захисту, виконані особисто автором. В дисертації відсутні результати, що належать співавторам, разом з якими опубліковані наукові праці.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися, обговорювались і отримали позитивну оцінку на:

- Міжнародній науково-технічній конференції "Інформаційні технології в авіації" Харківського інституту Військово-Повітряних Сил (ХІ ВПС), м. Харків, 2003р.;

- Першій науково-технічній конференції Харківського університету Повітряних Сил (ХУ ПС), м. Харків, 2005р.;

- Міжнародній науково-технічній конференції "Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні _ ІКТМ'2005" Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" (НАКУ "ХАІ"), м. Харків, 2005р.;

- Другій науково-технічній конференції Харківського університету Повітряних Сил (ХУ ПС), м. Харків, 2006р.

- семінарах молодих вчених ХІ ВПС, ХУ ПС (2003 - 2006 рр.);

- семінарах кафедри аеродинаміки й динаміки польоту ХУ ПС (2003 - 2006 рр.);

- семінарі відділення аеродинаміки АНТК ім. О.К. Антонова.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані у 5 наукових статтях [1-5], а також в тезах конференцій ХІ ВПС, ХУ ПС, НАКУ "ХАІ" [6-8].

В статтях, що опубліковані у співавторстві, формулювання проблем, аналіз результатів виконані спільно. Вибір методу і проведення досліджень виконані автором особисто.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, трьох розділів, висновків і списку використаних джерел. Текст викладено на 143 сторінках із 70 рисунками. Список використаних джерел містить 175 найменувань.

Вступ містить обґрунтування актуальності теми дисертації, формулювання мети, предмета, об'єкта досліджень, наукової задачі та методів її вирішення. Викладено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, зазначено зв'язок роботи з науковими програмами й особистий внесок здобувача, перелічено публікації та апробації результатів дисертаційного дослідження, наведено структуру дисертації.

У першому розділі проведено обґрунтування обраного напрямку досліджень. Проведено аналіз результатів досліджень аеродинамічних характеристик (АХ) ізольованого арочного крила та арочного крила в присутності працюючого повітряного гвинта. Представлено аналіз існуючих математичних методів визначення АХ літальних апаратів та аналіз існуючих методів рішення рівнянь руху газу. Визначені задачі на дисертаційні дослідження.

Рішення задачі з визначення аеродинамічних характеристик літального апарата може бути досягнуто експериментальними, напівемпіричними й розрахунковими методами. Інструментом, що дозволяє отримати вичерпну інформацію про АХ досліджуваного об'єкта, є експериментальні методи, до яких можна віднести, насамперед, дослідження в аеродинамічних трубах та льотний експеримент, за ними залишається заключне слово при створенні нових ЛА. Чисельний експеримент, математичне моделювання об'єктів дослідження прискорили процеси проектування і випробування ЛА, розширили області їх застосування. Методи математичного моделювання дозволяють доповнити і розширити традиційні методи натурного моделювання, дозволяють глибше проникнути в суть складних фізичних явищ аеродинаміки. Проте при всіх позитивних рисах чисельного моделювання неможливо врахувати і математично описати всі нюанси процесів, що відбуваються при обтіканні досліджуваного об'єкта. Тому рішення задачі з визначення АХ "нетрадиційної" комбінації "арочне крило - повітряний гвинт" може бути досягнуто спільним використанням експериментальних, насамперед продувками моделей в аеродинамічній трубі, та розрахункових методів визначення АХ.

Незважаючи на те, що застосування в літакових компоновках арочного крила вже не є чим-небудь екзотичним, особливості обтікання таких несучих поверхонь поки ще залишаються вивченими недостатньо. Так, у відомих роботах В.П. Пустовойтова і М.А. Орлова (АНТК ім. О.К. Антонова), М.Н. Міргазова, В.Ф. Сягаєва, Є.Н. Зайцева, А.А. Дергачова, А.А. Давтаняна, Д.Ю. Іванова, Н.Н. Тарасова, В.Н. Якубовича (ЦАГІ) на основі дослідження арочних крил в аеродинамічних трубах були отримані важливі відомості про характер протікання залежностей сумарних аеродинамічних сил і моментів, що діють на такого роду крило, від кута атаки, а також був досліджений взаємовплив арочного крила і повітряного гвинта. У вищезазначених роботах представлені результати досліджень свідчать про те, що система "арочне крило - штовхаючий повітряний гвинт" має унікальні аеродинамічні особливості і є привабливою альтернативою прямому крилу у тому випадку, коли експлуатаційні вимоги обмежують розмах крила до низьких величин або якщо призначення конструкції вимагає великої тривалості польоту при низьких швидкостях.

У той же час, у відомих публікаціях відсутні відомості щодо впливу місця розташування повітряного гвинта усередині каналу арочного крила на протікання аеродинамічних характеристик такого роду комбінації.

На підставі аналізу результатів експериментальних досліджень, отриманих в АНТК ім. О.К. Антонова і ЦАГІ, ставиться задача на дослідження фізичної сутності явищ, що відбуваються при обтіканні ізольованого арочного крила та арочного крила в присутності працюючого повітряного гвинта, проведення параметричних досліджень геометричних параметрів системи "арочне крило - повітряний гвинт".

У другому розділі представлено опис досліджуваної моделі арочного крила, методику і результати експериментальних досліджень. Представлено результати візуалізації картини обтікання ізольованого арочного крила та арочного крила в присутності працюючого повітряного гвинта, представлені графічні залежності розподілу тиску по верхній поверхні крила і його інтегральні аеродинамічні характеристики.

Об'єктом досліджень була модель арочного крила з профілем поперечного перерізу Clark-YH 15^o, відносною товщиною та подовженням , кут крутки крила дорівнює нулю. Фотографія загального вигляду моделі арочного крила наведена на.

Під час досліджень модель встановлювалась на вертикальній державці аеродинамічних ваг. На цій же державці позаду за моделлю встановлювався імітатор силової установки, що являє собою електричний двигун, який приводить в обертання шестилопатевий повітряний гвинт. Площина обертання повітряного гвинта розташовувалася за задньою крайкою крила.

Аналіз візуалізації картини обтікання методом "шовковинок" при різних кутах атаки (рис. 3) показав, що:

- течія потоку на верхній поверхні моделі ізольованого арочного крила носить ярко виражений тривимірний характер;

- в середній частині "арки" проявляється відрив потоку, що носить локальний характер, причому зона відриву при збільшенні кута атаки розширюється, але не захоплює вертикальних ділянок арочної частини крила;

- при збільшенні кута атаки відбувається піддавлювання струмин на вертикальних складових "арки", які, перемішуючись зі струминами, що сходять із прямої ділянки крила, сходяться в одну лінію, що, відповідно до теорії про тривимірність течії в примежовому шарі, дає підставу висунути гіпотезу про наявність у місці зчленування арочної частини крила з його прямою ділянкою тривимірного відриву потоку з утворенням несучого вихору.

Ці висновки знаходять своє підтвердження і при візуалізації картини обтікання моделі ізольованого арочного крила "димовим" методом (рис. 4, 5).

а)

б)

а) б)

Візуалізація картини обтікання арочного крила в присутності працюючого повітряного гвинта демонструє забезпечення безвідривного обтікання верхньої поверхні арочного крила при кутах атаки комбінації б = 0…25°.

а)

б)

Наявність локального відриву потоку на задній крайці в центральному перерізі арочної частини крила на великих кутах атаки (рис. 6, 7) практично не впливає на загальний характер обтікання верхньої поверхні арочного крила в присутності працюючого повітряного гвинта за рахунок індуктивних швидкостей перед повітряним гвинтом.

Отримана експериментальним шляхом картина розподілу тиску по верхній поверхні ізольованого арочного крила та арочного крила в присутності працюючого повітряного гвинта в діапазоні кутів атаки (рис. 8, 9) підтверджує результати візуалізації картини обтікання моделі. З аналізу представлених у роботі графічних залежностей випливає, що робота повітряного гвинта істотно впливає на розподілені характеристики арочного крила. Індуктивна взаємодія арочного крила з повітряним гвинтом є сприятливою, оскільки індуктивні швидкості гвинта підсилюють розрідження на верхній поверхні крила, а градієнт тиску на задньому півскаті крила змінюється в незначній мірі.

Для якісного аналізу залежностей , , був проведений ваговий експеримент в аеродинамічній трубі в діапазоні кутів атаки , результати досліджень моделі ізольованого арочного крила і моделі арочного крила із працюючим повітряним гвинтом у дослідженому діапазоні кутів атаки наведені.

З аналізу залежностей і , представлених на рис. 10 і 11, випливає, що при роботі повітряного гвинта, який був встановлений за задньою крайкою арочного крила, аеродинамічні характеристики моделі ізольованого крила істотно змінюються. За рахунок індуктивних швидкостей перед повітряним гвинтом значно збільшується піднімальна сила крила та істотно збільшується критичний кут атаки (значення в дослідженому діапазоні кутів атаки досягнуто не було).

При кутах атаки спостерігається збільшення лобового опору моделі у взаємодії з повітряним гвинтом (рис. 11), що можна пояснити наявністю місцевого відриву потоку в арочній частині крила.

З аналізу залежності , представленої на рис. 12, випливає, що робота повітряного гвинта забезпечує значний приріст аеродинамічної якості моделі арочного крила. Точка, при якій якість моделі досягає своїх максимальних значень, зміщується на більші кути атаки. За рахунок індуктивних швидкостей від повітряного гвинта кут нульової піднімальної сили зміщується на більші від'ємні кути. На нульовому куті атаки , що відповідає ізольованому арочному крилу, аеродинамічна якість крила в присутності працюючого повітряного гвинта є близькою до максимальної аеродинамічної якості ізольованого арочного крила.

Отже, за рахунок індуктивного потоку повітря перед повітряним гвинтом істотно збільшується піднімальна сила крила і збільшується критичний кут атаки . Робота повітряного гвинта забезпечує значний приріст аеродинамічної якості моделі арочного крила, максимальне значення якого зміщується на більші кути атаки у порівнянні з ізольованим арочним крилом.

В третьому розділі обґрунтовано вибір чисельного методу визначення аеродинамічних характеристик для проведення параметричних досліджень. Зроблено висновок про доцільність застосування в якості інструмента для проведення параметричних досліджень методу дискретних вихорів (МДВ) і панельного методу збурених потенціалів (методу Моріно). Обґрунтовано достовірність отриманих результатів параметричних досліджень. Представлено результати дослідження впливу зміни кінематичних параметрів повітряного гвинта й взаємного розташування елементів системи "арочне крило - повітряний гвинт" на її основні аеродинамічні характеристики.

Проблема інтерференції гвинтомоторної силової установки й елементів планера літака є однією з найважливіших при формуванні аеродинамічних компоновок літальних апаратів. Широке практичне використання гвинтових рушіїв, особливо на малошвидкісних літаках, обумовлено високим КПД двигунів такого типу, однак ефективна тяга гвинтомоторної силової установки істотно залежить від розташування повітряного гвинта на літаку. Течія від повітряного гвинта, взаємодіючи із крилом, фюзеляжем і оперенням літака, впливає на його аеродинамічні характеристики, які в цьому випадку носять нелінійний характер. При визначенні аеродинамічних навантажень на лопатях повітряного гвинта і оцінках впливу повітряного гвинта на характеристики стійкості та керованості літака необхідно враховувати виникаючі на повітряних гвинтах додаткові сили і моменти, що викликані скосами потоку від елементів літального апарата (мотогондол, крила, фюзеляжу). Сказане вище відноситься як до "класичних" компоновок літаків (тягнучий гвинт - крило - оперення), так і до компоновок з крилами нетрадиційної форми.

Експериментальні і теоретичні дослідження аеродинамічної інтерференції між повітряним гвинтом та крилом [L.L.M. Veldhuis "Review of propeller-wing aerodynamic interference", ICAS-2004], показали, що збільшені швидкості потоку в струмені за гвинтом при взаємодії зі збільшеним динамічним тиском генерують значну деформацію розподілу аеродинамічного навантаження по розмаху крила, що несприятливо впливає на його роботу (рис. 13). Застосування однорядних повітряних гвинтів однакового напрямку обертання викликає суттєву несиметричність обтікання всього літака.

Застосування арочного крила в аеродинамічній компоновці літального апарата дозволяє звести до мінімуму шкідливу інтерференцію між крилом і повітряним гвинтом.

Зміна режиму роботи гвинтових рушіїв, зміна геометричних параметрів крила, взаємного розташування крила і гвинтового рушія неминуче приведе до зміни поля швидкостей у районі арочного крила, зміни його аеродинамічних характеристик. Дослідження полів швидкостей у натурному і трубному експерименті є утрудненим, а в деяких випадках і неможливим. Тому, виходячи з аналізу результатів експериментальних досліджень характеру обтікання арочного крила в компоновці "арочне крило - повітряний гвинт", було прийняте рішення на використання в якості інструмента для проведення параметричних досліджень впливу просторового положення повітряного гвинта відносно хорди крила і його режиму роботи на основні аеродинамічні характеристики арочного крила розрахункових методів визначення аеродинамічних характеристик, що базуються на теорії ідеальної рідини - методу дискретних вихорів (МДВ), із замкнутою вихровою рамкою в якості дискретної особливості, і методу збурених потенціалів (панельний метод Моріно).

Обґрунтування достовірності результатів параметричних досліджень проведено шляхом порівняння результатів розрахунку, отриманих при використанні методики, основою якої є спільне використання методу збурених потенціалів і методу дискретних вихорів для завдань розрахунку обтікання ЛА, з даними експериментів.

Розглядається аеродинамічна компоновка "арочне крило - повітряний гвинт", схематизована нескінченно тонкими несучими поверхнями (рис. 15), складовими частинами якої є однорядний шестилопатевий гвинтовий рушій та арочне крило.

Лопаті гвинтового рушія мали геометричну крутку, шаблеподібний відгин закінцівки. Крило арочного типу із прямокутними консольними ділянками не має геометричної крутки, профіль крила - Р-II-14. Кут між віссю обертання гвинтового рушія і крилом - 0, режим роботи гвинтового рушія змінювався від коефіцієнта навантаження на площу, що омітається повітряним гвинтом до . Кут атаки комбінації змінювався від 0° до 25°. Задача вирішувалась методом установлення до моменту, коли пелена від гвинтових рушіїв проходила за крило на відстань 2,5 радіуса гвинтового рушія.

Параметричні дослідження проводились шляхом варіювання значенням відносної координати положення площини обертання повітряного гвинта () при різних фіксованих значеннях відносного поступу гвинта () і кута атаки арочного крила (). Значення відносної координати відповідало розташуванню повітряного гвинта, при якому вхідна крайка арочного крила лежить у площині обертання гвинта, а - коли в цій площині лежить вихідна крайка крила.

Отримані залежності приросту коефіцієнта піднімальної сили комбінації відносно коефіцієнта піднімальної сили ізольованого арочного крила від місця розташування повітряного гвинта представлені на рис. 16 (a, б).

Для всіх досліджених значень відносного поступу повітряного гвинта і кутів атаки повітряний гвинт у комбінації з арочним крилом сприяє поліпшенню несучих властивостей комбінації при будь-якому положенні гвинта. При розташуванні гвинта перед вхідною крайкою або над вихідною крайкою в діапазоні помірних кутів атаки ( ? 15^о) спостерігається найбільший приріст коефіцієнта піднімальної сили. На більших кутах атаки найбільші значення приросту коефіцієнта піднімальної сили спостерігаються у випадку, коли гвинт розташовується над задньою крайкою крила.

Залежності аеродинамічної якості комбінації "арочне крило - повітряний гвинт" від місця розташування гвинта представлені на рис. 17 (a, б).

У цих залежностей спостерігається чітко виражений максимум значення аеродинамічної якості, що відповідає розташуванню повітряного гвинта всередині каналу арочного крила на відстані ? 30% хорди крила від його вхідної крайки. При цьому зміна кута атаки і відносного поступу гвинта не спричиняє істотного зміни положення гвинта, при якому спостерігається такий максимум. Зміна тягових характеристик повітряного гвинта зі зміною місця його розташування відносно арочного крила представлені на рис. 18. (a, б). Там же пунктирною лінією нанесені значення коефіцієнта тяги ізольованого гвинта, отримані за тією ж методикою розрахунку, що й характеристики комбінації. На всіх досліджених кутах атаки і при значеннях відносного поступу гвинта тягові характеристики повітряного гвинта в присутності арочного крила погіршуються, причому тим більшою мірою, чим ближче площина обертання гвинта до координати , при якій спостерігається максимум аеродинамічної якості. Найкращі тягові характеристики повітряного гвинта відповідають його розташуванню на відносній відстані від вхідної крайки крила, яка дорівнює 70 - 90% хорди. При цьому на помірних кутах атаки б ? 10° і при малих значеннях відносного поступу гвинта розташування гвинта ближче до задньої крайки крила приводить до перевищення значення коефіцієнта тяги гвинта в каналі крила відповідного коефіцієнта тяги ізольованого крила.

Результати проведених параметричних досліджень з оцінки впливу місця розташування повітряного гвинта в каналі арочного крила на протікання аеродинамічних характеристик такого роду комбінації свідчить про наявність досить складної аеродинамічної інтерференції гвинта та несучої поверхні літального апарата. При цьому отримані залежності аеродинамічної якості комбінації й тягових характеристик повітряного гвинта від місця розташування гвинта в каналі крила мають ряд чітко виражених екстремумів, наявність яких в обов'язковому порядку повинна враховуватися при проектуванні літаків з арочним крилом.

Висновки

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі визначення аеродинамічних характеристик компоновки "арочне крило - штовхаючий повітряний гвинт" на основі математичного та натурного моделювання, що має істотне значення для поліпшення льотних характеристик літальних апаратів на малих швидкостях польоту.

Значення отриманих в дисертаційній роботі результатів для науки полягає у встановленні особливостей характеру течії над верхньою поверхнею арочного крила в компоновці "арочне крило - штовхаючий повітряний гвинт".

Практична цінність отриманих результатів полягає в тому, що:

- отримано результати параметричних досліджень впливу зміни геометричних параметрів і взаємного розташування елементів системи "арочне крило - повітряний гвинт " на її несучі властивості;

- розроблено рекомендації щодо вибору раціональних геометричних параметрів аеродинамічної компоновки "арочне крило - повітряний гвинт";

- отримані результати можуть бути використані в практиці аеродинамічного проектування багатоцільових літаків, в науково-дослідних установах Міністерства оборони та організаціях промисловості при визначенні напрямків модернізації авіаційної техніки, а також при розробці аеродинамічних компоновок літальних апаратів в процесі створення нової та модернізації існуючої авіаційної техніки.

На підставі результатів виконаних досліджень зроблено такі висновки:

1. За допомогою натурного моделювання вперше встановлені особливості характеру течії над верхньою поверхнею арочного крила в компоновці "арочне крило - штовхаючий повітряний гвинт":

- для моделі ізольованого арочного крила характерним є ярко виражене тривимірне обтікання, відрив потоку, що має місце при обтіканні моделі, зі збільшенням кутів атаки не поширюється по всьому розмаху крила, а локалізується в середній частині "арки";

- наявність у ізольованого арочного крила струмин, що сходяться в одну лінію у місці зчленування арочної частини крила із прямими ділянками, дає підставу зробити припущення про наявність у цьому місці тривимірного відриву потоку з утворенням несучого вихору;

- за рахунок індуктивного потоку повітря перед повітряним гвинтом істотно збільшується піднімальна сила крила (до 50% при б =10^о і В =1,4) і збільшується критичний кут атаки (б_кр в експерименті досягнуто не було);

- робота повітряного гвинта забезпечує значний приріст аеродинамічної якості моделі арочного крила в порівнянні з ізольованим арочним крилом (до 55% при б =10^о і В =1,4).

2. Обґрунтовано можливість використання для проведення параметричних досліджень методів розрахунку, які базуються на моделі ідеальної рідини: методу дискретних вихорів (МДВ) та панельного методу Моріно. Синтез МДВ і панельного методу Моріно дозволяє поєднати високу точність одержання аеродинамічних характеристик методу Моріно з високою обчислювальною ефективністю методу дискретних вихорів.

3. На основі чисельного моделювання встановлено, що, крім прогнозованого приросту нормальної сили крила, розрахунок показав істотну зміну аеродинамічних характеристик арочного крила при зміні параметрів гвинтового рушія:

- працюючий повітряний гвинт у комбінації з арочним крилом сприяє поліпшенню несучих властивостей комбінації при будь-якому положенні гвинта вздовж хорди крила. При розташуванні гвинта перед передньою або за задньою крайкою в діапазоні помірних кутів атаки (б ? 15°) спостерігається найбільший приріст коефіцієнта піднімальної сили (до 50% при і б =0^о; до 35% при і б =0^о). На більших кутах атаки найбільші значення приросту коефіцієнта піднімальної сили спостерігаються у випадку, коли гвинт розташовується над задньою крайкою крила (до 15% при і б =25^о), і його позитивний вплив слабшає в міру його зміщення до передньої крайки;

- у залежностей аеродинамічної якості арочного крила від положення повітряного гвинта відносно хорди крила спостерігається чітко виражений максимум, що відповідає розташуванню повітряного гвинта усередині каналу арочного крила на відстані приблизно 30% хорди крила від його передньої крайки, що відповідає максимальній товщині профілю. При цьому зміна кута атаки і відносного поступу гвинта не спричиняє істотної зміни положення гвинта, при якому спостерігається такий максимум;

- на всіх досліджених кутах атаки і при значеннях відносного поступу гвинта тягові характеристики повітряного гвинта в присутності арочного крила погіршуються, причому тим більшою мірою, чим ближче площина обертання гвинта до координати , при якій спостерігається максимум аеродинамічної якості. Найкращі тягові характеристики повітряного гвинта відповідають його розташуванню на відносній відстані від вхідної крайки крила, яка дорівнює 70 - 90% хорди. При цьому на помірних кутах атаки б ? 10° і при малих значеннях відносного поступу гвинта розташування гвинта ближче до задньої крайки крила приводить до перевищення значення коефіцієнта тяги гвинта в каналі крила відповідного коефіцієнта тяги ізольованого повітряного гвинта.

4. Результати проведених параметричних досліджень з оцінки впливу місця розташування повітряного гвинта в каналі арочного крила на протікання аеродинамічних характеристик такого роду комбінації свідчать про наявність досить складної аеродинамічної інтерференції гвинта і несучої поверхні літального апарата. При цьому отримані залежності аеродинамічної якості комбінації і тягових характеристик повітряного гвинта від місця розташування гвинта в каналі крила мають ряд екстремумів, які чітко проявляються при , наявність яких в обов'язковому порядку повинна враховуватися при проектуванні літаків з арочним крилом.

5. Впровадження в практику попереднього проектування методики розрахунку аеродинамічних характеристик складних компонувань, основаної на спільному використанні методу збурених потенціалів і методу дискретних вихорів, дозволяє зменшити частку натурного експерименту, оперативно проводити параметричні дослідження аеродинамічних характеристик.

6. Поставлені в дисертаційній роботі задачі вирішені, мета досліджень, яка полягає у визначенні основних закономірностей інтерференційного впливу арочного крила й повітряного гвинта в аеродинамічній компоновці "арочне крило - повітряний гвинт" та розробці рекомендацій щодо розташування повітряного гвинта в каналі арочного крила відносно його хорди, досягнута.

Список опублікованих праць

1. Корнієнко А.П., Українець Є.О., Мокрий Ю.В. Методика розрахунку аеродинамічних характеристик системи "арочне крило - штовхаючий гвинт" // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. Сб. науч. трудов. - Харьков: НАКУ "ХАИ", 2004. - Вып. 39 (4). - С. 71-79.

2. Корнієнко А.П., Ковтонюк І.Б., Українець Є.О. Методика визначення аеродинамічних характеристик системи "арочне крило - штовхаючий гвинт" // Збірник наукових праць ХУ ПС. - Харків: ХУ ПС, 2005. - № 2 (2). - С. 29-33.

3. Корниенко А.П. Экспериментальные исследования характера обтекания изолированных прямого и арочного крыльев // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. - Харьков: Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского "ХАИ", 2005. - № 42(3). - С. 118-123.

4. Корниенко А.П. Экспериментальные исследования картины распределения давления по поверхности арочного крыла в системе "арочное крыло - толкающий воздушный винт" // Збірник наукових праць ХУПС.- Харків: ХУ ПС, 2005. -Вып. 5(5). - С. 10-13.

5. Корниенко А.П., Леонтьев А.Б., Украинец Е.А. Оценка влияния относительного положения воздушного винта на аэродинамические характеристики комбинации "арочное крыло - воздушный винт" // Системы обработки информации. - Харків: ХУ ПС, 2006. - Вып. 4 (53). - С. 87 - 94.

6. Гоцак В.В., Корнієнко А.П., Українець Є.О. Методика розрахунку аеродинамічних характеристик елементів літаків військово-транспортної авіації // Міжнародна науково-технічна конференція "Інформаційні технології в авіації". Тези доповідей. - Харків: ХІ ВПС, 2003. - С. 20.

7. Корнієнко А.П., Українець Є.О. Аеродинамічні характеристики системи "арочне крило - штовхаючий гвинт" // "Перша науково-технічна конференція Харківського університету повітряних Сил" Тези доповідей. - Харків: ХУ ПС, 2005. - С. 90-91.

8. Корнієнко А.П. Аеродинамічні характеристики "арочного" крила в системі "арочне крило - штовхаючий повітряний гвинт" // Міжнародна науково-технічна конференція "Інформаційні комп'ютерні технології в машинобудуванні - ІКТМ-2005". Тези доповідей. - Харків: НАКУ "ХАІ", 2005. - С. 167.

9. Размещено на Allbest.ru