Improvement of methods for substantiating design elements and characteristics of heavy passenger "WIG" craft at the research stages of design
Authors: Чебан Е.Ю. , Лучков А.Н. 
Published: September 2024

Тяжелые пассажирские экранопланы являются одним из альтернативных высокоэффективных видов транспорта для межконтинентальных перевозок пассажиров и грузов, что обусловлено использованием эффекта экрана для увеличения подъемной силы, снижением аэродинамического сопротивления, ростом аэродинамического качества, и как результат уменьшение затрат топлива и увеличения весовой отдачи. Однако существующие в настоящее время методики обоснования проектных элементов и характеристик тяжелых пассажирских экранопланов на стадиях исследовательского проектирования не совершенны и требуют доработки. В статье представлены результаты исследований, направленные на расширение возможностей существующих методов расчета аэродинамических характеристик экранопланов и создание на их базе методики проектирования тяжёлых пассажирских экранопланов с учетом структурно-параметрического анализа проектных элементов и исследования их влияния на транспортную и экономическую эффективность транспортного средства, а также на стоимость его создания. Аэродинамические характеристики крыльев экранопланов различных конфигураций (в том числе составных крыльев, крыльев с законоцовками и шайбами) при полете в широком диапазоне относительных высот полете определялись методами вычислительной гидродинамики. На основании более чем 1500 вычислительных экспериментов с использованием ANSYS/FLUENT была произведена адаптация авиационных методов расчетов проектных элементов и характеристик эффективности для их применения при проектировании тяжелых пассажирских экранопланов.
Heavy passenger "WIG" crafts may be one of the alternative highly efficient type of transport for the intercontinental transportation passengers and cargo. The high efficiency of this type of transport is due to the use of the wing-in-ground-effect (WIG) effect, which to increase lift, reduce aerodynamic drag, and increase aerodynamic quality and, as a result, reduce fuel costs and increase weight characteristics. Existing methods for justifying the design elements and characteristics of heavy passenger "WIG" crafts at the stages of research design are not perfect and require improvement. In this article presents the results of research aimed at expanding the capabilities of existing methods for calculating the aerodynamic characteristics of "WIG" craft and creating on their basis a methodology for designing heavy passenger "WIG" craft, taking into account the structural and parametric analysis of design elements and studying their influence on the transport and economic efficiency of the vehicle, as well as on cost its creation. The aerodynamic characteristics of wings of ekranoplanes of various configurations (including composite wings, wings with tips and washers) when flying in a wide range of relative flight altitudes were determined by computational fluid dynamics methods. Based on more than 1,500 computational experiments using ANSYS/FLUENT, aviation methods for calculating design elements and efficiency characteristics were adapted for their use in the design of heavy passenger "WIG" craft. The following calculation methods has been improved to varying degrees: the lift coefficient of the wing of a heavy passenger "WIG" craft; coefficient of inductive drag of a heavy passenger "WIG" craft wing; changes in the profile drag coefficient when changing the angle of attack of the wing of a heavy passenger "WIG" craft.