Пути повышения аэродинамической совместимости воздушного судна и крупногабаритного груза

УДК 629.735.015.3:533.6

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ВОЗДУШНОГО СУДНА И КРУПНОГАБАРИТНОГО ГРУЗА

В.Ю. СМИРНОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Шапошниковым Н.Н.

Проведен анализ аэродинамической интерференции воздушного судна и крупногабаритных грузов, размещенных на агрегатах внешней подвески. Показано, что аэродинамическая интерференция может существенно влиять на безопасность функционирования системы "воздушное судно - крупногабаритный груз". Исследована возможность создания благоприятных условий отделения подвесных грузов от воздушного судна за счет использования пусковых установок специальной конструкции и механизации крыла воздушного судна.

Ключевые слова: аэродинамическая интерференция, воздушное судно, груз на внешней подвеске, отделение крупногабаритного груза.

На подвесной груз, отделяемый от воздушного судна, на начальном участке траектории его движения действуют дополнительные силы и моменты, обусловленные влиянием носителя. Эти силы и моменты активно влияют на траекторию отделения груза и в ряде случаев приводят к небезопасным траекториям отделения, существенно сокращая тем самым диапазон условий отделения и ограничивая летно-технические характеристики воздушного судна.

При аварийном сбросе грузов особенно неблагоприятными для безопасности являются интерференционные моменты крена. Такие моменты действуют, например, на такой крупногабаритный груз, как авиационная ракета при ее старте из-под крыла большой стреловидности. Как показали летные испытания и сбросы динамически подобных моделей в аэродинамических трубах, большие интерференционные моменты крена приводят после отцепки такого крупногабаритного груза от носителя при аварийном сбросе к быстрому раскручиванию груза относительно продольной оси и к соударениям консолей крыла или оперения ракеты с пусковой установкой или крылом воздушного судна. Эффективности органов поперечного управления ракет и их быстродействия при больших интерференционных моментах крена становится недостаточно. Еще более трудной является проблема обеспечения безопасности аварийного сброса грузов при старте с неработающими органами управления, а также грузов, которые не имеют органов управления.

На рис. 1 показано неблагоприятное влияние интерференции на траекторию отделения крупногабаритной ракеты с подкрыльевой точки подвески воздушного судна. Известно, что для повышения безопасности траекторий отделения широко используются различного рода механические катапультные устройства, которые сообщают отделяемому грузу дополнительные начальные скорости. Кроме того, предварительным отклонением рулей ракеты перед стартом или изменением начальных углов установки ракеты или другого крупногабаритного груза в вертикальной и горизонтальной плоскостях также можно улучшить траекторию его отделения.

Известно, что одним из средств повышения аэродинамической совместимости системы "воздушное судно - крупногабаритный груз" является разработка пусковых установок специальной конструкции, которые позволяют снизить интерференционные моменты крена, действующие на подвешиваемый груз.

Одним из возможных вариантов является применение перфорированных пилонов. В работах [1, 2] изложены методики, позволяющие провести оценку степени перфорации пилона на величину интерференционных моментов, действующих на подвесной груз. Экспериментальные данные получены в аэродинамической трубе. На рис. 2 и 3 показано влияние степени перфорации пилона на момент крена изделия Д-8 при подвеске под левой консолью крыла самолета Т-6.

Мх Вид сзади

Рис. 1. Влияние интерференции на траекторию отделения груза с подкрыльевой точки подвески

Представленные результаты показывают, что изменение степени перфорации пилона от Бп = 0 до Бп = 0,2 позволяет уменьшить момент крена в среднем на 50 % при числе Маха М = 0,9 и примерно на 25 % при числе Маха М = 1,2. При степени перфорации 20 % действующий на ракету момент крена при нулевом угле атаки и числе Маха М = 0,9 существенно уменьшается по сравнению со случаем неперфорированного пилона и практически равен нулю. Таким образом, на основе предварительного численного исследования аэродинамических интерференционных нагрузок можно выработать рекомендации по рациональным значениям геометрических характеристик агрегатов подвески.

Кроме того, величина интерференционного момента крена существенным образом зависит от типа воздушного судна, от которого отделяется груз, и от собственных геометрических параметров подвесного груза. Поэтому актуальным остается вопрос об исследовании аэродинамической совместимости различных систем "воздушное судно - крупногабаритный груз" для широкой номенклатуры существующих агрегатов подвески и грузов, чтобы оптимизировать их конструктивный облик с целью создания благоприятных условий отделения грузов.

шх

Рис. 2. Влияние степени перфорации пилона на момент крена при М = 0,9

Одним из способов улучшения аэродинамических характеристик отделяемого крупногабаритного груза, который в настоящее время мало используется на практике, является изменение поля течения вокруг него. С этой целью можно использовать механизацию передней и задней кромок крыла воздушного судна для улучшения интерференционных аэродинамических характеристик отделяемого груза и повышения тем самым аэродинамической совместимости системы "воздушное судно - крупногабаритный груз". В частности, с этой целью можно использовать отклонение элевонов, а также носков крыла воздушного судна слева и справа от точки подвески груза.

На основе методик, изложенных в работах [1 - 3], были проведены расчеты по влиянию отклонения механизации крыла на моментные характеристики изделия Д-8, находящегося в транспортировочном положении при подвеске под левой консолью крыла самолета Т-6. В частности, на рис. 3 показано изменение момента крена изделия в исходном положении при подвеске при отклонении вниз левого от точки подвески элевона.

Представленные результаты показывают, что при отклонении элевона на 8° можно осуществить отделение изделия практически при нулевом моменте крена.

Рис. 4. Изменение момента крена ракеты при отклонении элевона

Проведенное математическое моделирование показывает возможность создания благоприятных условий отделения подвесных грузов от воздушного судна, что особенно важно в случаях аварийного сброса, за счет использования пусковых установок специальной конструкции, в частности с перфорацией пилона, а также за счет выбора углов кратковременного отклонения механизации передней и задней кромок крыла воздушного судна.

Таким образом, разработанная методика дает инструмент для исследования путей улучшения аэродинамической совместимости, а проведенные исследования дают возможность обоснования этих путей с целью последующей их реализации для различных систем "воздушное судно

- крупногабаритный груз".

ЛИТЕРАТУРА

1. Смирнов В.Ю. Расчет нестационарных аэродинамических характеристик грузов на дозвуковых скоростях полета // Установки и системы управления авиационным вооружением. - М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1994.

2. Смирнов В.Ю. Расчет линейных стационарных и нестационарных аэродинамических характеристик АСП на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета // Установки и системы управления авиационным вооружением.

- М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1994.

3. Смирнов В.Ю. Влияние параметров размещения крупногабаритного груза под самолетом на аэродинамическую совместимость воздушного судна и груза // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества: тезисы докладов Международной научно-технической конференции. - М.: МГТУ ГА, 2006.

WAYS OF INCREASE OF AERODYNAMIC COMPATIBILITY OF THE AIRCRAFT AND BULKY LOAD

Smirnov V.J.

The analysis of an aerodynamic interference of an aircraft and the bulky loads arrangemented on aggregates of the external suspension is conducted. It is shown, that the aerodynamic interference can essentially influence safety of functioning of "an aircraft - bulky load" system. Possibility of creation of favorable conditions for separate of pendant loads from an aircraft for the account of use of launchers of a special design and for the account of use of mechanisation of a wing of an aircraft is investigated.

Key words: aerodynamic interference, aircraft, cargo, external suspension, heavy cargo separation.

Сведения об авторе

Смирнов Владимир Юрьевич, 1963 г.р., окончил МГУ им. М.В. Ломоносова (1985) и ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского (1987), кандидат технических наук, доцент, профессор МАИ, автор более 70 научных работ, область научных интересов - аэродинамическая интерференция воздушного судна и грузов, эксплуатация сложных технических систем, компьютерные технологии.