ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ АЭРОУПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗОЛИРОВАННОГО КРЫЛА МАНЕВРЕННОГО САМОЛЕТА С УЧЕТОМ ОТКЛОНЕНИЯ МЕХАНИЗАЦИИ

© И.Н.Ефремов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2008 г.

Современные тенденции развития военной авиации, связанные со снижением относительного веса летательных аппаратов, применением новых материалов и технологий приводят к повышению гибкости конструкции планера. С другой стороны ужесточаются требования к маневренности истребителей, прочности, надежности и ресурсу конструкции.

По мере возрастания сложности и количества задач, решаемых современными боевыми самолетами, проведение летных экспериментов становится все более дорогостоящим, трудоемким и продолжительным, а в ряде случаев и невозможным по условиям безопасности полета. Весьма длительным и дорогостоящим в настоящий момент является этап проектирования авиационной техники. Использование традиционных подходов без применения математического моделирования и новых информационных технологий может привести к такому затягиванию сроков проектирования, что новый самолет окажется морально устаревшим сразу по выходу в серию.

На сегодняшний день в основном закончен этап формирования линейных математических моделей аэроупругости, предназначенных для изучения аэродинамических, упругих, прочностных и ресурсных характеристик самолета в процессе его возмущенного движения относительно исходной прямолинейной траектории. Созданы математические модели, позволяющие исследовать аэроупругие характеристики самолетов при полете в турбулентной атмосфере, при боевом маневрировании, при воздействии средств поражения. Данные модели базируются на синтезе методов линейной аэродинамики и линейной теории упругости. В случае пространственного маневрирования используется нелинейная модель динамики полета, во всех остальных случаях используются линеаризованные уравнения движения. Такие модели являются весьма эффективными при изучении аэроупругих характеристик ограниченно-маневренных и неманевренных самолетов.

В данной работе формулируется общая постановка задачи аэроупругости летательных аппаратов и их элементов, обсуждаются вопросы численной реализации предлагаемых методов, проводятся методические исследования.

В качестве примера применения описанных методов в настоящей работе для решения задач аэроупругости были построены модели отрывного и безотрывного обтекания упругого крыла самолета Як-130 с отклоненной механизацией потоком идеальной несжимаемой жидкости, созданные на базе синтеза метода дискретных вихрей в рамочной идеологии и метода собственных форм.

Описано, каким образом были сформированы упругие и аэродинамические модели изолированного крыла самолёта с отклонённой механизацией. Отклонение механизации рассматривалось на примере изменения угла установки элеронов, которые работают в системе закрылков. Показан синтез соответствующих нелинейных по аэродинамике моделей с соответствующими линейными моделями упругости. Проведена проверка достоверности построенной модели аэроупругости путём сравнения результатов решения тестовых задач с результатами, полученными на хорошо апробированных линейных моделях при одинаковых начальных условиях, а так же с результатами, полученными экспериментально.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для поддержки молодых кандидатов наук № МК-4.2008.10.