Расчётные исследования по выбору формы проточного канала для мотогондолы аэродинамической модели магистрального самолёта

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Новогородцев Е. В.*, Савельев А. А., Дугин Д. И.**, Крутов А. А.***, Матяш Е. С., Пигусов Е. А.****

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

*e-mail: novogorodtseve91@mail.ru
**e-mail: dmitriy.dugin@phystech.edu
***e-mail: aleksandr.krutov@tsagi.ru
****e-mail: evgeniy.pigusov@tsagi.ru

Аннотация

Статья посвящена исследованию влияния формы внутренних и внешних обводов проточной мотогондолы аэродинамической модели магистрального самолета на аэродинамические характеристики данной модели. Цель работы – выбор варианта проточной мотогондолы для аэродинамической модели магистрального самолета, при котором аэродинамические характеристики данной модели будут наиболее близки к аэродинамическим характеристикам магистрального самолета в условиях полета с работающим турбореактивным двухконтурным двигателем.

Проведено численное моделирование обтекания исходного варианта компоновки магистрального самолета на режиме крейсерского полета с моделированием работы двигателя методом «активного диска». Затем выполнено численное моделирование обтекания компоновки магистрального самолета с различными вариантами исполнения проточных мотогондол. Для всех исследованных вариантов компоновки магистрального самолета определены аэродинамические характеристики, а именно: значения коэффициентов аэродинамического сопротивления, подъемной силы и аэродинамического качества. По результатам сравнения результатов численного моделирования определен вариант проточной мотогондолы, обеспечивающий значения аэродинамических характеристик компоновки, наиболее близкие к характеристикам, полученным для варианта с работающим двигателем. 

Ключевые слова:

численное моделирование обтекания силовой установки магистрального самолета, мотогондола силовой установки магистрального самолета, турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД), коэффициент внешнего аэродинамического сопротивления, коэффициент подъемной силы, суммарное аэродинамическое качество, магистральный самолет

Библиографический список

  1. Чернышев С.Л. (ред.) Форсайт развития авиационной науки и технологий до 2030 года и на дальнейшую перспективу. – Жуковский: Изд-во ЦАГИ, 2014. – 280 с.

  2. Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. – Пермь: Изд-во Авиадвигатель, 2006. – 1204 с.

  3. Савельев А.А. Расчетные исследования обтекания мотогондол гражданских самолетов с учетом ламинарно-турбулентного перехода и методика автоматизированного проектирования их формы: Дисс. ... канд. техн. наук. – Жуковский, 2019. – 118 с.

  4. Лысенков А.В. Расчетные оценки влияния планера на аэродинамические характеристики двигателя магистрального самолета // Ученые записки ЦАГИ. 2023. Т. 54. № 1. С. 47–59.

  5. Peters A., Spakovszky Z.S., Lord W.K., Rose B. Ultra-short nacelles for low fan pressure ratio propulsors // Journal of Turbomachinery. 2014. Vol. 137, No. 2: 021001. DOI: 10.1115/1.4028235

  6. Savelyev A.A., Mikhaylov S. V., Zlenko N.A. Aerodynamic inlet design for civil aircraft nacelle // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (07-12 September 2014; St. Peterburg, Russia).

  7. Tejero F., MacManus D.G., Matesanz-Garcia J. et al. Towards the Design and Optimisation of Future Compact Aero-Engines: Intake/Fancowl Trade-off Investigation // International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow. 2023. Vol. 33. No. 4, pp. 1319-1335. DOI: 10.1108/HFF-06-2022-0366

  8. von Geyr H., Rossow C. A Correct Thrust Determination Method for Turbine Powered Simulators in Wind Tunnel Testing // 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit (10-13 July 2005; Tucson, Arizona). DOI: 10.2514/6.2005-3707

  9. Campomanes C.S. External Flow Effects in the Engine/Airframe Integration Testing Technique: A New Thrust/Drag Bookkeeping Approach at the German-Dutch Wind Tunnels. Msc Thesis. Delft University of Technology, 2017.

  10. Magrini A., Benini E., Yao H. et al. A review of installation effects of ultra-high bypass ratio engines // Progress in Aerospace Sciences. 2020. Vol. 119: 100680. DOI: 10.1016/j.paerosci.2020.100680

  11. Garcia J.M., MacManus D., Tejero F. et al. Coupled propulsive and aerodynamic analysis of an installed ultra-high bypass ratio powerplant at high-speed and high-lift conditions // AIAA AVIATION Forum (12-16 June 2023; San Diego, CA and Online). DOI: 10.2514/6.2023-3466

  12. Бюшгенс Г.С. (ред.) Аэродинамика и динамика полета магистральных самолетов: Учебник. – Москва – Пекин: Издательский отдел ЦАГИ; Авиаиздательство КНР, 1995. – 772 с.

  13. Рейнольдс О. Динамическая теория движения несжимаемой вязкой жидкости и определение критерия // О. Рейнольдс. Проблемы турбулентности: Сборник переводных статей /под ред. М.А. Великанова и Н.Т. Швейковского. –.–Л.: ОНТИ, 1936. С. 135–227.

  14. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: Учебное пособие. – СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2012.– 88 с.

  15. Menter F.R. Zonal two equation k-ω turbulence models for aerodynamic flows // 23rd Fluid Dynamics, Plasmadynamics, and Lasers Conference (06-09 July 1993; Orlando, FL, USA). DOI: 10.2514/6.1993-2906

  16. Пирогов С.Ю., Юрьев А.С., Типаев В.В., Махров А.С. Численное моделирование течения на входе в сверхзвуковой воздухозаборник внешнего сжатия при энергоподводе в набегающий сверхзвуковой поток // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 3. С. 154–159.

  17. Новогородцев Е.В., Карпов Е.В., Колток Н.Г. Повышение характеристик пространственных нерегулируемых воздухозаборников внешнего сжатия на основе использования систем управления пограничным слоем // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 4. С. 7–27. DOI: 10.34759/vst-2021-4-7-27

  18. Новогородцев Е.В., Кажан В.Г., Колток Н.Г., Чанов М.Н. Расчетные исследования по выбору воздухозаборника силовой установки, размещенной в корневой части крыла магистрального самолета // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 7–18. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177602

  19. Кажан Е.В., Коротков Ю.В., Лысенков А.В., Ореховский В.В., Архипов А.В. Аэродинамические характеристики пакета воздухозаборников на верхней поверхности хвостовой части фюзеляжа дозвукового самолета // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 34–45. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177605

  20. Босняков С.М. Концепция программного продукта EWT-ЦАГИ и основные этапы ее развития // Труды ЦАГИ. Выпуск 2671. Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 2007. С. 3–19.

  21. Власенко В.В. О математическом подходе и принципах построения численных методологий // Труды ЦАГИ. Выпуск 2671. Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 2007. С. 20–85.

  22. Михайлов С.В. Принципы построения программного кода для решения задач аэродинамики и аэроакустики // Математическое моделирование. 2017. Т. 29. № 9. С. 49–61.

  23. Бабулин А.А., Босняков С.М., Матяш С.В., Михайлов С.В. Оценка точности результатов расчетов с применением EWT // Труды ЦАГИ. Выпуск 2671. Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 2007. С. 126–142.

  24. Босняков С.М., Власенко В.В., Енгулатова М.Ф. и др. Промышленные солверы пакета EWT-ЦАГИ и их верификация на серии стандартных тестов // Труды ЦАГИ. Выпуск 2735. Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 2015. С. 50–89.

  25. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. - DCW Industries, Inc., 3rd ed. 2006. - 522 p.

  26. Блищ В.Г. О внешних и внутренних аэродинамических силах и моментах летательных аппаратов с ВРД и их моделей при ненулевых углах атаки и скольжения // Труды ЦАГИ. Выпуск 2328. Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 1987. – 16 с. 

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024