Методика аэродинамической оптимизации крыльев малоразмерных беспилотных летательных аппаратов

Авторы

Пархаев Е. С.^*, Семенчиков Н. В.^**

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: EgorParhaev@yandex.ru
**e-mail: semenchikovnv@rambler.ru

Аннотация

Предложен алгоритм аэродинамической оптимизации несущих поверхностей малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА), режимы полета которых находятся в области критических чисел Рейнольдса Re. В основе алгоритма лежит численная оптимизация формы сечений крыла, для которой исходными данными являются результаты аэродинамического расчета трехмерной модели, а именно распределений коэффициента подъемной силы по размаху крыла. Трехмерная аэродинамическая модель была реализована по средствам панельного метода [1], оптимизация профилей крыла проводилась с помощью метода [2], дополненного рядом геометрических ограничений. Представлены результаты численной оптимизации по критерию максимального качества для крыльев прямоугольной формы в плане, удлинений λ = 5 и λ = 10 , при числе Re = 200 000, а также оптимизации стреловидного крыла с использованием предложенного метода. Показано, что удается увеличить аэродинамическое качество крыла, уменьшая долю сопротивления, связанного с возникновением ламинарно-турбулентного перехода и образованием местного отрыва потока.

Ключевые слова

малые числа Рейнольдса, крылья МБЛА, учет ламинарно-турбулентного перехода, численная оптимизация

Библиографический список

1. Маслов Л.А. К расчёту циркуляционного обтекания телесного крыла малого удлинения идеальной жидкостью: Труды ЦАГИ. № 2005. – М.: Изд. Отдел ЦАГИ, 1979. – 33 с.

2. Пархаев Е.С., Семенчиков Н.В. Некоторые вопросы оптимизации профиля крыла малоразмерного беспилотного летательного аппарата // Труды МАИ. 2015. № 80. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=56884

3. Брусов В.С., Петручик В.П., Морозов Н.И. Аэродинамика и динамика полета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов: Монография. – М.: МАИ-ПРИНТ, 2010. – 136 c.

4. Tani I. Low-speed flows involving bubble separations // Progress in Aeronautical Sciences. 1964. Vol. 5, pp. 70-103. DOI: 10.1016/0376-0421(64)90004-1

5. Spalart P.R., Allmaras S.R. A one-equation turbulence model for aerodynamic flows// 30th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Aerospace Sciences Meetings, 1992, p. 439. DOI: 10.2514/6.1992-439

6. Langtry R.B., Menter F.R. Correlation-Based Transition Modeling for Unstructured Parallelized Computational Fluid Dynamics Codes // AIAA Journal. 2009. Vol. 47. No. 12, pp. 2894-2906. DOI: 10.2514/1.42362

7. Вождаев В.В. Влияние модели турбулентности на точность расчета аэродинамических характеристик механизированного крыла // Техника воздушного флота. 2011. № 3. С. 16–22.

8. Белоцерковский С.М. Тонкая несущая поверхность в дозвуковом потоке газа. – М.: Наука, 1965. – 244 c.

9. Дубасов В.Т., Бондарев Е.Н., Рыжов Ю.А. и др. Аэрогидромеханика. – М.: Машиностроение, 1993. C. 132–154 (608 с.).

10. Lighthill M.J.A new method of two-dimensional aerodynamic design. – H.M. Stationery Office, 1945. – 25 p.

11. Ingen J.V. The e^N method for transition prediction. Historical review of work at TU Delft // 38th Fluid Dynamics Conference and Exhibit, 23-26 June 2008, Seattle, Washington, p. 49. DOI: 10.2514/6.2008-3830

12. Drela M. and Gilest M.B. Viscous-inviscid analysis of transonic and low Reynolds number airfoils // AIAA Journal. 1987. Vol. 25. No. 10, pp. 1347–1355. DOI: 10.2514/3.9789

13. Drela M. Three-Dimensional Integral Boundary Layer Formulation for General Configurations // 21st AIAA Computational Fluid Dynamics Conference, 27-30 june 2013, San Diego, CA. DOI: 10.2514/6.2013–2437

14. Hicks R.M. and Henne P.A. Wing design by numerical optimization // Journal of Aircraft. 1978. Vol. 15. No. 7, pp. 407–412. DOI: 10.2514/3.58379

15. Чернов Л.Г. Увеличение аэродинамического качества за счет оптимальной деформации срединной поверхности крыла и отклонения механизации его передней и задней кромок // Полет. 2002. № 3. C. 23–34.

16. XFOIL Subsonic Airfoil Development System, http://web.mit.edu/drela/Public/web/xfoil/

17. Sivells J.C., Neely R.H. Method for calculating wing characteristics by lifting line theory using nonlinear section lift data. NACA-TR-865, National Advisory Committee for Aeronautics. Langley Aeronautical Lab.; Langley Field, VA, USA, 1947, 19 p.

18. Аржаников B.C., Мальцев В.Н. Аэродинамика. – М.: Оборонгиз, 1956. C. 292-296 (486 c.).

19. Drela M. Pros and Cons of Airfoil Optimization // Frontiers of Computational Fluid Dynamics, 1998, pp. 363-381. DOI: 10.1142/9789812815774_0019

20. Khurana M.S., Winarto H., Sinha A.K. Airfoil Geometry Parameterization through Shape Optimizer and Computational Fluid Dynamics // 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (7-10 January 2008, Reno, Nevada), p. 295. DOI: 10.2514/6.2008-295

21. Drela M. Low-Reynolds-number airfoil design for the M.I.T. Daedalus prototype: A Case Study // Journal of Aircraft. 1988. Vol. 25. No. 8, pp. 724-732. DOI: 10.2514/3.45650

22. Hepperle M. Neue Profile fur Nurflugelmodelle // FMT- Kolleg 8, Verlag fur Technik und Handwerk, Baden-Baden, Germany, 1988.

23. Epstein B., Jameson A., Peigin S., Roman D., Harrison D., Vassberg J. Comparative study of three-dimensional wing drag minimization by different optimization techniques // Journal of Aircraft. 2009. Vol. 46. No. 2, pp. 526-541. DOI: 10.2514/1.38216

Скачать статью