WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«экраноплана на взлетном режиме М. О. Латухин, Е. В. Кирилюк, С. В. Антоненко, В. В. Новиков1 Дальневосточный федеральный университет, Владивосток Выполнено исследование аэродинамических ...»

УДК 629.57

Исследование динамических характеристик

экраноплана на взлетном режиме

М. О. Латухин, Е. В. Кирилюк, С. В. Антоненко, В. В. Новиков1

Дальневосточный федеральный университет, Владивосток

Выполнено исследование аэродинамических характеристик крыла экраноплана, движущегося над экраном при разных плотностях среды. Проведен

численный эксперимент, в котором в смоделированной расчетной схеме между крылом и экраном увеличена плотность среды путем искусственного

создания аэрозольной динамической воздушной подушки с целью увеличения подъемной силы. Численные расчеты выполнены с помощью программы COSMOS FIoWorks, интегрированной в программный комплекс SolidWorks .

Для проведения расчетов в SolidWorks создана трехмерная модель крыла, соответствующая прототипу судна. Также были смоделированы экран в виде твердотельной протяженной поверхности под крылом и часть фюзеляжа .

Выполненный анализ подтвердил предположение о том, что повышение плотности среды путем создания водно-воздушной смеси под крылом позволяет увеличить подъемную силу и аэродинамическое качество, что является особенно важным для взлетного режима экраноплана .

Ключевые слова: экраноплан, качество крыла, численный эксперимент Research of dynamic characteristics of airfoil boat on the takeoff .

Michael O. Latuhin, Eugeny V. Kiriljuk, Sergey V. Antonenko, Valery V. Novikov. Far East Federal University, Vladivostok, Russia There is maked the investigation of aerodynamic characteristics of wing airfoil boat moving above the screen at different densities of the medium .

It is maked the numerical experiment in which the simulated design scheme between the wing and the screen it is increased density of the medium by creating an artificial aerosol dynamic air cushion to increase lift and reduce the path length for takeoff. Numerical calculations were performed using the program COSMOS FIoWorks, integrated into software package SolidWorks. For the calculations it is created threedimensional model of the wing in SolidWorks, corresponding to the prototype of vessel. There were also modeled the screen as a solid surface under the extended wing and part of fuselage. The analysis is confirmed the assumption that increasing the density of the environment by creating a water-air mixture under the wing increases the lift force and aerodynamic quality, which is particularly important for takeoff airfoil boat, as well as reduce the length of the run .

Keywords: airfoil boat, wing quality, numerical experiment Введение

Экраноплан – необычное транспортное средство, по своим техническим характеристикам занимающее промежуточное положение между скоростными судами и самолетами. Он может выполнять различные функции:

Михаил Олегович Латухин, Евгений Владимирович Кирилюк, Сергей Владимирович Антоненко, Валерий Васильевич Новиков. Дальневосточный федеральный университет .

Состояние проблемы перевозку пассажиров и грузов, спасательные операции на море, использоваться по военному назначению. Экраноплан предназначен для движения на минимальной высоте над поверхностью воды (или над другой ровной поверхностью) со скоростями, близкими к скоростям самолетов. При этом он не требует специально подготовленной взлетно-посадочной полосы, взлетая с воды. Аэропорт обычно находится на удалении от населенного пункта, тогда как экранопланы могут базироваться в пределах города, что сокращает время в пути для пассажира .





Одной из основных проблем, которая значительно влияет на экономическую эффективность и конкурентоспособность экранопланов по сравнению с известными видами транспорта, является задача исследования динамики взлета и посадки .

Для экранопланов, как и для других судов с динамическими принципами поддержания, характерно наличие «горба сопротивления» при скорости, существенно меньшей скорости полного хода. Для преодоления «горба»

требуется значительная мощность, что обеспечивается установкой, помимо маршевых, стартовых двигателей. Это утяжеляет и удорожает экраноплан .

Представленная работа посвящена исследованию возможности улучшения взлетных характеристик экраноплана путем разбрызгивания воды под крылом .

Сост ояние проблемы Для движущегося крыла в неограниченном потоке среды характерна сложная картина динамических сил, приводящих к возникновению подъемной силы и составляющих сопротивления движению (рис. 1) .

Рис. 1. Схема возникновения аэродинамических сил при обтекании крыла. – направление потока вдали от крыла; – кажущийся угол атаки; – угол скоса потока; ист – истинное направление потока; ист – истинный угол атаки; ист – истинное направление подъемной силы крыла; Qi – индуктивное сопротивление крыла Многочисленными экспериментальными и теоретическими исследованиями установлено, что заметное влияние экрана на аэродинамические характеристики крыла проявляется при движении на малых расстояниях от него. В этом случае наблюдается существенно иная картина обтекания, чем « 107 »

Исследование динамических характеристик экраноплана на взлетном режиме при движении крыла в неограниченном потоке. Между крылом и экраном происходит интенсивное подтормаживание воздуха и, как следствие, увеличение давления на нижней поверхности профиля .

Динамическая воздушная подушка способствует увеличению подъемной силы, увеличивается и лобовое сопротивление. Одновременно растет аэродинамическое качество, определяемое как отношение подъемной силы к сопротивлению. Это способствует улучшению экономических показателей экраноплана .

Изменения в распределении давлений по хорде крыла при его движении вблизи экрана сводятся главном образом к резкому увеличению давления на его нижней поверхности и сравнительно небольшим изменениям на его верхней части .

Если вдали от земли подъемная сила крыла образуется в основном за счет разрежения над крылом, то вблизи поверхности значительную роль в создании подъемной силы играет повышение давления под крылом .

Помимо сил трения и разности давлений в потоке, одной из основных причин возникновения силы лобового сопротивления крыла является образование за крылом скоса потока вследствие возникновения системы вихрей. Эти вихри возникают в результате перетекания воздуха по торцам крыла из зоны повышенного давления под крылом в зону пониженного давления над крылом .

Очевидно, что часть силы лобового сопротивления, обусловленная разностью давлений впереди и сзади крыла и трением в пограничном слое крыла, зависит только от формы профиля и состояния поверхности крыла. Эту часть силы лобового сопротивления обычно называют профильным сопротивлением крыла .

Рис. 2. Схема образования вихревого следа за крылом. 1 – концевая шайба; 2 – свободные концевые вихри крыла; Wcp – средняя вертикальная составляющая скорости потока за крылом; – угол скоса потока Завихренный поток на концах крыла вызывает индуктивное сопротивление крыла, которое вместе с профильным составляет лобовое сопротивление (pис. 2). И профильное, и лобовое составляющие сопротивления крыла вблизи экрана изменяются .

–  –  –

Поверхность воды является наиболее неблагоприятным видом экрана, значительно усложняющим взлет и посадку экранопланов, что и определяет достаточно жесткие требования к мореходности .

Решение этой проблемы заключается в создании действенных взлетно-посадочных устройств .

В настоящее время известны и апробированы следующие их типы .

1. Система поддува струи стартовых двигателей под крыло позволяет экраноплану отрываться практически без разгона, но требует колоссальных энергозатрат. На современном этапе признана, по меньшей мере, неэффективной в большинстве случаев .

2. Использование стартовых подводных крыльев показывает положительные результаты по энергозатратам, однако задачи согласования динамически изменяющихся моментов подъемных сил от надводных и подводных крыльев, влияющих на устойчивость экраноплана в режиме взлета, до сих пор являются трудно решаемыми .

3. Создание воздушной подушки эффективно обеспечивает взлет экраноплана. Однако в силу громоздкости конструктивных элементов (которые необходимо размещать на участках, наиболее пригодных для грузов и пассажиров) в целом воздушная подушка не является полноценным решением представленной проблемы .

4. Применение глиссирующих поверхностей, гидролыж, продольных реданов считается наиболее перспективным направлением. Данные конструктивные решения повсеместно используются, однако они не дают существенной экономии энергоресурсов судна и требуют установки дополнительных двигателей .

В виде альтернативы представленным способам или в качестве их дополнения возможна иная концепция взлетного устройства – искусственное « 109 »

Исследование динамических характеристик экраноплана на взлетном режиме изменение плотности среды под воздушным крылом путем подачи под него аэрозоля .

Идея увеличения плотности среды под крылом в виде аэрозольной динамической подушки возникла на основании другого, аналогичного метода разряжения водной среды – за счет воздушной каверны .

Суть предлагаемого решения заключается в том, чтобы увеличить подъемную силу крыла, изменяя плотность воздушной среды под ним. По предварительным оценкам, подъемная сила в этом случае должна изменяться прямо пропорционально изменению плотности. Однако при увеличении плотности среды, в которой работает крыло, должно возрасти и аэродинамическое сопротивление его движению (см. табл. 1) .

–  –  –

нашему мнению, не должна существенно сказаться на окончательном результате .

В ходе численного эксперимента скорость обтекания варьировалась от 10 до 110 м/с. Взлет экраноплана при обычном режиме движения, как показал предварительный анализ, происходит при скорости 110 м/с, когда подъемная сила достигает величины, равной весу экраноплана .

Расчетная сетка была сгенерирована автоматически, форма конечного элемента выбрана в виде параллелепипеда, минимальный размер конечного элемента составлял 0,005 м, минимальный размер учитываемых твердотельных элементов - также 0,005 м. В расчетах установлен уровень точности 4 из 8 возможных .

Рис. 3. Расчетный закон изменения ускорения a = f(t) Надо отметить, что в случае оценки подъемной силы и сопротивления среды (при работе крыла с аэрозольной смесью между экраном и нижней поверхностью) необходимо разделять силы, действующие на верхнюю и нижнюю поверхности крыла. Над верхней поверхностью крыла воздушная среда не изменяется, и динамические характеристики остаются прежними .

На нижней кромке из-за изменения плотности воздуха возрастают и подъемная сила, и сопротивление. По этой причине затруднительно использовать традиционные подходы, подразумевающие определение коэффициентов подъемной силы и сопротивления для крыла в целом .

Была выполнена серия расчётов при различных концентрациях воды в смеси. На основании полученных результатов численного эксперимента были найдены зависимости для оценки аэродинамических характеристик крыла в зависимости от скорости в воздухе и в водно-воздушной смеси с концентрацией воды 1 % под крылом с учетом экрана .

В соответствии с принятым законом движения (см. рис. 3) получены расчетные формулы подъемной силы и силы сопротивления в зависимости от времени. Задача решалась в квазистатической постановке с шагом по времени 5 секунд .

Было учтено, что подъем жидкости для разбрызгивания под крыло требует затрат энергии. Очевидно, что эта энергия прямо пропорциональна « 111 »

Исследование динамических характеристик экраноплана на взлетном режиме требуемому удельному массовому расходу воды и высоте, на которую ее нужно поднять, и представляет собой реактивную силу засасывания. В итоге расчетного анализа получена зависимость подъемной силы от времени с учетом реактивных потерь. Также учтены составляющие вязкостного сопротивления нижней кромки крыла в водно-воздушной смеси, аэродинамическое сопротивление крыла при движении в воздухе, а также приблизительные потери на сопротивление устройств забора жидкости от времени .

В целом получена картина полного сопротивления движению экраноплана в смеси с учетом дополнительных факторов сопротивления .

Основные результ аты На рис. 4-6 показано графическое изменение аэрогидродинамических характеристик крыла во времени при движении экраноплана в воздушной и в водно-воздушной средах. Объем воды в этих расчетах составлял 1 % от объема смеси .

Рис. 4. Изменение подъемной силы крыла РY (кН) при движении в водновоздушном потоке (смесь) и в воздухе Рис. 5. Изменение сопротивления крыла R при движении в водно-воздушном потоке и в воздухе

–  –  –

Горизонтальная линия на рис. 4 показывает вес экраноплана, а точки пересечения ее с кривыми – скорость в момент отрыва от воды. Как можно увидеть, увеличение плотности среды под крылом за счет разбрызгивания воды в примере уменьшает скорость при взлете в 2,5 раза .

Как видно, искусственное создание водно-воздушной динамической подушки существенно увеличивает и подъемную силу, и полное сопротивление крыла. В результате аэродинамическое качество (отношение подъемной силы к сопротивлению К= PY/ R ) остается постоянным и достаточно высоким (К8) для рассматриваемой плотности аэрозольной смеси (рис. 6) .

Рис. 6. Изменение аэродинамического качества крыла экраноплана во взлетномрежиме

Рис. 7. Зависимость пройденного пути от времени движения Рис. 7 показывает зависимость пройденного пути (в метрах) от времени движения (в секундах) при принятом законе изменения ускорения. Нужно иметь в виду, что реальное ускорение будет в 2-3 раза больше принятого в данном расчете и взлетная дистанция соответственно уменьшится .

Для взлетных режимов одинаковых экранопланов (Р=350 т), движущихся по одинаковому закону ускорения, подсчитаны следующие характеристики (табл. 3) .

–  –  –

Заключение На основании проведенного расчетного анализа можно заключить, что повышение плотности среды путем создания водно-воздушной смеси под крылом позволяет значительно увеличить подъемную силу при сравнительно низких энергозатратах на устройство забора воды и разбрызгивание смеси. Соответственно, взлетная скорость экраноплана снижается, что дает возможность, в свою очередь, уменьшить мощность стартовой энергетической установки и длину пробега при взлете .

Также использование водно-воздушной смеси позволяет увеличить маневренность и безопасность экраноплана, позволяя проходить сложные участки маршрута на меньшей скорости без посадки на воду. Использование данного способа может также увеличить грузоподъемность .

На предложенный способ подана заявка в Роспатент [4], которая на момент написания работы находилась в стадии рассмотрения .

Лит ерат ура

1. Панченков А.Н., Драчев Н.Г., Любимов В.И. Экспертиза экранопланов .

Н. Новгород. ООО Типография «Поволожье». 2006. 656 с .

2. Ашик В.В. Проектирование судов. Л.: Судостроение. 1985. 320 с .

3. Справочник по теории корабля. Управляемость водоизмещающих судов .

Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания. Под редакцией Я.И. Войткунского. Л.: Судостроение, 1985. 544 с .

4. Латухин М.О., Кирилюк Е.В., Антоненко С.В., Китаев М.В. Способ улучшения взлётных характеристик экраноплана. Заявка на патент № 2012127018, приоритет от 27.06.2012.




Похожие работы:

«This is the intro. Use the *INTRO* and *INTRO BOLD* styles in here. Do not just press the [bold] button under fonts. The thin weight font does not have a true bold so Word just fakes it. It looks like this and it’s not a good looking bo...»

«ПРОТОКОЛ заседания Комитета по беспилотным авиационным системам НП "Союз авиапроизводителей" г. Москва 17 сентября 2015 г. №4 Председательствующий: Фальков Эдуард Яковлевич ФГУП "ГосНИИАС", начальник подразделения.Присутс...»

«Министерство образования Украины ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ Судовые энергетические установки Научно-технический сборник Выпуск 3 Одесса ББК 39.46 С 89 УДК 629.123.066 Судовые энергетические установки: научно-технический сборник. Вып. 3. – Одесса: ОГМА, 1999. – ??? с. ISBN Статьи настоящего выпус...»

«РМ-90 ^UJJoeiGTjClG^ '~2_-&Л РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Том 2 1м1^-&о-гП/д. Харьков 1990 Редакционная коллегия: В.Ф.Зеленский [главный редактор), И.М.Неклвдов, В.С.Романов (заместители главного редактора), M.C.i...»

«МЕЖ ГОСУДАРСТВЕННЫ Й СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 32254СТАНДАРТ МОЛОКО Инструментальный экспресс-метод определения антибиот...»

«ТИПОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 407-03-492.88 ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ОТКЛЮЧЕНИЯ НАГРУЗКИ от ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ АЛЬБОМ I ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА экспертиза здания ТИПОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ...»

«Лабораторный анализ по месту лечения и безопасность пациента: ВЫГОДЫ И РИСКИ Врач-лаборант отдела гематологических исследований КДЛ Больницы МЦ УДП РК г. Астана Белова Яна Евгеньевна Благодаря техническому прогрессу в области современной медицины и развитию нанотехнологий, исследования по месту лечения (ИМЛ, АМЛ) (от английског...»

«БЕСПИЛОТНЫЕ БОЕВЫЕ САМОЛЕТЫ И БОЕВАЯ АВИАЦИЯ 6-го ПОКОЛЕНИЯ к.т.н. Владимир Белкин, к.т.н. Павел Мельник "Авиапанорама"* В настоящее время объектом отечественных и зарубежных исследований все чаще становятся не боевые беспилотные летательные апп...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.