ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИСКРЕТНЫХ ВИХРЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

© В.В.Мезенцев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2002 г.

В данной работе приводятся основы методики и результаты исследований взаимного влияния орбитального самолета (ОС) и самолета-носителя на примере «Бурана» и Ан-225 «Мрия» при транспортировке и в процессе разделения на малых дозвуковых скоростях методом дискретных вихрей. Расчет проводился с применением нелинейной модели аэродинамики. Исследуется изменение аэродинамических характеристик при различном положении «Бурана» на самолете-носителе.

Целью исследований была отработка методики расчета аэродинамических характеристик сложных пространственных систем на дозвуковых скоростях, а также выявление основных тенденций в изменении аэродинамических характеристик у ОС и самолета-носителя в совместном полете на различных углах атаки и в процессе разделения.

Рассматривается движение системы как летательного аппарата сложной пространственной схемы в идеальной несжимаемой среде. Несущие поверхности схематизированного аппарата моделируются системой присоединенных и свободных вихрей по схеме телесный фюзеляж – плоское крыло для углов атаки 0-20˚. В данной работе реализуется алгоритм, в котором компоновка описывается единой расчетной схемой. Данный алгоритм обеспечивает наибольшую достоверность результатов математического моделирования.

Для определения нагрузок в стационарной задаче используется теорема Н. Е. Жуковского «в малом», в нестационарной — интеграл Коши-Лагранжа.

При проведении исследований получены следующие результаты:

При движении в связанном положении:

− аэродинамические характеристики изолированного орбитального самолета существенно отличаются от соответствующих характеристик в составе полной компоновки. Влияние самолета-носителя выражается в изменении полей скоростей и давлений, в которых оказывается ОС. Наиболее сильное влияние оказывает носитель на величины нормальной силы и момента тангажа. Производные dСуα/dα и dmz/dα уменьшаются с одновременным увеличением коэффициентов Суαо и mzo. Подобное течение характеристик наблюдается в результатах исследования интерференции между «Бураном» и «Энергией», проведенных в ЦАГИ;

− так же, как и для орбитального самолета, у самолета-носителя прослеживается уменьшение несущих свойств на больших углах атаки. Однако, с учетом различия в размерах несущих поверхностей ОС и самолета-носителя степень изменения характеристик у носителя заметно меньше;

− более высокие несущие свойства ОС наблюдаются при его нахождении непосредственно над крылом самолета-носителя, что объясняется эффектом поверхности раздела.

В процессе разделения:

− большое значение имеет характерное для таких систем явное превосходство несущих свойств самолета-носителя над несущими свойствами орбитального самолета (в 1,5-2,5 раза);

− наибольшее взаимовлияние между элементами системы при расхождении по нормали наблюдается приблизительно до величины расхождения, равного размаху крыла самолета-носителя, далее характеристики элементов системы почти совпадают с их характеристиками при изолированном обтекании.