Влияние аэроупругости конструкции планера на летные характеристики самолета ил-96t

2010

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность

№ 151

УДК 629.735.015:681.3

ВЛИЯНИЕ АЭРОУПРУГОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПЛАНЕРА НА ЛЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САМОЛЕТА ИЛ-96Т

М.Д. БЕКМУХАНБЕТОВ, С.М. БОРИСОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.

Представлены результаты вычислительного эксперимента влияния аэроупругости конструкции планера на летные характеристики самолета Ил-96Т .

Ключевые слова: самолет Ил-96Т, аэроупругость, летные характеристики.

Исследованию влияния аэроупругости конструкции планера на летные характеристики воздушных судов (ВС) посвящены работы многих авторов. Не углубляясь в теоретические изыскания, обратим внимание на работы сотрудников АК им. С.В. Ильюшина, ЦАГИ и МГТУ ГА последних лет [2 - 5]. Эти работы послужили базой аэродинамического проектирования самолетов Ил-96-300 и Ил-96Т. В частности, в этих работах показано, что:

- статическая аэроупругость элементов конструкции оказывает заметное влияние на аэродинамические характеристики самолетов и незначительное влияние на основные параметры полета;

- наибольшее влияние на динамические характеристики полета аэроупругость оказывает при больших перегрузках;

- учет влияния аэроупругости необходимо вести с ранних стадий проектирования тяжелых самолетов и закладывать в геометрию несущих поверхностей соответствующие поправки;

- учет влияния аэроупругости при проектировании самолетов удобно вести в виде добавочных слагаемых в выражениях аэродинамических коэффициентов, для чего разработана комплексная методика, использующая расчетные и экспериментальные данные.

Таким образом, проектирование отечественных широкофюзеляжных самолетов, начиная с Ил-96-300, ведется с учетом явления аэроупругости конструкции планера. В аэродинамических характеристиках Ил-96-300 и Ил-96Т используются соответствующие поправочные слагаемые, позволяющие моделировать движение аэроупругого самолета.

С целью количественной оценки влияния аэроупругости на условия пилотирования были проведены специальные вычислительные эксперименты на базе математической модели динамики полета самолета Ил-96Т, которые ранее не проводились. Ниже остановимся на некоторых результатах и полученных выводах.

1. Уход на второй круг

При проведении исследований были получены результаты расчета ухода на второй круг упругого и жесткого самолетов в самой неблагоприятной конфигурации, когда аэроупругость должна проявиться наиболее сильно. В целях моделирования большой скорости задавался случай полетной массы самолета т = 260 т при невыпущенной механизации, что требовало по РЛЭ [1] скорости захода на посадку

Узп = (310 + 95) км/ч. Для большей маневренности рассматривался случай х т = 19 %. Полученное легко видимое отличие в характеристиках упругого и жесткого самолетов объясняется лишь различным их балансировочным состоянием: угол отклонения стабилизатора -7,5° и -7,9°, угол тангажа 5,8° и 5,5°, угол атаки 11,5° и 11,2°, соответственно. Скоростной режим в обоих случаях совпадал и ввиду избыточности тяги двигателей на режиме полетного малого газа приводил к разгону самолета до скорости 425 км/ч в точке принятия решения об уходе на второй круг. Штатные действия экипажа в обоих случаях обеспечивали практически одну и ту же траекторию. Единственное отличие, хотя и не очень существенное, обнаруживается только при детальном анализе предельной величины нормальной перегрузки: у аэроупругого самолета она достигает значения 1,31 чуть позже нижней точки траектории, в которой у жесткого самолета без учета упругости конструкции - 1,30.

2. Дача руля высоты

Стандартный маневр "дачи руля высоты" на максимальной допустимой скорости в горизонтальном

полете при включенном автомате тяги имитировался для случая m = 145 т, xт = 34 %, H = 4000 м, V = 600 км/ч. В этих условиях штурвал выбирался полностью "на себя" и удерживался все оставшееся время.

Сразу следует оговориться, что в летном испытании такого маневра осуществить нельзя: основные параметры траектории выходят за допустимые пределы. Однако, если отвлечься от численных значений угла наклона траектории, результатам расчетов можно вполне доверять, так как все аргументы аэродинамических характеристик, а главное, угол атаки, находятся в пределах заданных значений. Поэтому, несмотря на недопустимые в эксплуатации значения нормальной перегрузки, угла атаки и приборной скорости, по результатам расчетов (отсутствию каких-либо движений) можно утверждать, что устойчивость в боковом и поперечном каналах сохраняется и сваливания или тенденции к штопору у самолета не наблюдается.

Начальные балансировочные состояния аэроупругого и жесткого самолетов близки: угол отклонения стабилизатора -3,96° и -4,3°, угол тангажа 0,7° и 0,6°, угол атаки 3,7° и 3,6°, соответственно - и на развитие движения существенного влияния не оказывают. Они не оказывают влияния даже на производные основных параметров движения самолета.

Наиболее существенное различие наблюдается только в развитии колебательного процесса по нормальной перегрузке. Если у жесткого самолета максимальные значения ny в нижних точках траектории постоянно растут и к 100 с достигают 5,4, то у упругого самолета колебания практически неизменны. Таким образом, аэроупругость можно интерпретировать в динамике полета как демпфер колебаний по перегрузке.

Выводы

Проведенный анализ полученных данных позволил сделать нижеследующие выводы по особенностям эксплуатации самолета Ил-96Т, включая рекомендации и предложения по летной эксплуатации:

1. Явление аэроупругости конструкции планера самолета Ил-96Т учтено при его аэродинамическом проектировании и на летные качества оно существенно не влияет, но оказывает едва заметный демпфирующий эффект, не нуждающийся в специальном внимании пилота.

2. В качестве предложений по летной эксплуатации самолета Ил-96Т можно не рекомендовать включать в РЛЭ самолета раздел об аэроупругости конструкции планера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ил-96МО. Руководство по летной эксплуатации - М.: 1993.

2. Васин И. С., Ципенко В.Г., Шевяков В.И. Влияние статической упругости конструкции на компоновку транспортного самолета во взлетно-посадочной конфигурации // Обеспечение безопасности полетов при эксплуатации гражданских воздушных судов. Вопросы математического моделирования особых случаев полета: сб. науч. трудов. - М.: МИИГА, 1988.

3. Васин И.С., Ципенко В.Г., Шевяков В.И. Особенности аэродинамики упругого воздушного судна // Научнотехнический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта: тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - М.: МИИГА, 1990.

4. Кабин С.В., Ципенко В.Г., Шевяков В.И. Некоторые особенности влияния упругих деформаций на аэродинамические характеристики летательного аппарата в области нелинейного изменения по углу атаки // Обеспечение безопасности полетов при эксплуатации гражданских воздушных судов: сб. науч. трудов. - М.: МИИГА, 1991.

5. Шевяков В.И. Учет статических упругих деформаций конструкции при аэродинамическом проектировании и эксплуатации дозвуковых транспортных воздушных судов: дисс. ... канд. техн. наук. - М., 1989.

INFLUENCE AEROELASTIK DESIGNS PLANER ON CHARACTERS THE PLANE IL-96T

Bekmuhanbetov M.D., Borisov S.M.

The calculation results calculated experiment influence aeroelastik designs planer on flying characters plane IL-96T.

Сведения об авторах

Бекмуханбетов Мейрамхан Джумабаевич, 1952 г.р., окончил РКИИ ГА (1975), заместитель генерального директора ОАО Авиакомпании "ЮТэйр", автор 10 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта.

Борисов Сергей Михайлович, 1961 г. р., окончил Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (1983), ведущий инженер ГосНИИ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - поддержание летной годности и летно-техническая эксплуатация воздушных судов.