Из опыта аэродинамического проектирования самолетов ОКБ им. С. В. Ильюшина

2006

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность

№ 97

УДК 629.735.015

ИЗ ОПЫТА АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ САМОЛЕТОВ

ОКБ ИМ. С.В. ИЛЬЮШИНА

И. С. ВАСИН

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

Рассматриваются особенности аэродинамического проектирования самолетов ОКБ им. С.В. Ильюшина.

Каждый современный самолет, являясь средством передвижения при полетах в воздушном пространстве, не может создаваться без учета новейших достижений в области аэродинамики и аэродинамического проектирования.

На примерах создания самолетов ОКБ "Ильюшин" таких, как Ил-76, Ил-86, Ил-96-300, Ил-96М/Т, Ил-114, иллюстрируется развитие и совершенствование аэродинамического проектирования дозвуковых самолетов.

Разработка каждого нового самолета концентрирует усилия многих авиационных специалистов, рабочих и техников, инженеров, конструкторов и ученых. Это итог большой совместной работы ОКБ самолето- и двигателестроения, а также научно-исследовательских авиационных центров и, в первую очередь, таких как ЦАГИ, СибНИА, ЛИИ, ЦИАМ.

Отметим наиболее характерные особенности разработки аэродинамической компоновки и расчетно-экспериментальных исследований аэродинамики каждого упомянутого самолета.

Ил-76

Впервые в практике отечественного аэродинамического проектирования проведена отработка аэродинамической компоновки крыла крейсерской конфигурации на основе систематических экспериментальных исследований серии компоновок гладких (без элементов механизации) крыльев в АДТ Т-106М. Разработанная аэродинамическая компоновка крыла характеризуется гладкостью (линейча-тостью) верхней поверхности вдоль размаха.

Целенаправленно отрабатывается аэродинамическая компоновка системы "крыло - фюзеляж" и их сочленение, как основных элементов дозвукового самолета транспортной категории, с последующей отработкой других элементов (хвостовое оперение, гондолы на пилонах, обтекатели, надстройки).

Систематические экспериментальные исследования по аэродинамике ненесущих элементов (фюзеляж и гондолы).

Разработана эффективная механизация крыла. До настоящего времени несущие свойства крыла самолета с отклоненной механизацией характеризуются как "высоконесущие". В летных испытаниях на больших углах атаки достигнут сутах более 3,1 без сваливания самолета.

Ил-86

Выполнена специальная Программа исследований аэродинамики широкофюзеляжного самолета на моделях в аэродинамических трубах ЦАГИ, что позволило не только отработать аэродинамическую компоновку самолета и подробно исследовать аэродинамические характеристики в широком диапазоне эксплуатационных условий, но и впервые в отечественной практике сформировать полную единую математическую модель аэродинамики самолета. Такой подход был одобрен ЦАГИ и впоследствии был принят на вооружение в ОКБ при проектировании каждого нового самолета.

Ил-96-300, Ил-96 М/Т

Впервые в отечественной практике для пассажирского самолета разработано "сверхкритическое" крыло достаточно большого удлинения 1 = 9,5 при умеренной стреловидности %1/4 = 30° и сравнительно большой относительной толщине "сверхкритических" профилей базовых сечений, обеспечивающее самолету высокий уровень аэродинамического качества на крейсерских режимах полета при числах М = 0,78 - 0,82. Разработанная аэродинамическая компоновка крыла характеризуется гладкостью верхней и нижней поверхностей вдоль размаха. До настоящего времени полученное аэродинамическое качество при числах М = 0,8 - 0,82 не превзойдено ни одним летающим отечественным самолетом подобного класса.

Использована технология "модельной", "полетной" и "стапельной" крутки крыла. Проведены целенаправленные исследования на "полной" упругоподобной модели самолета в АДТ Т-109 для определения и учета влияния упругости конструкции на аэродинамику самолета.

В компоновке крыла применены "вертикальные законцовки крыла" малой относительной площади, обеспечивающие увеличение максимального аэродинамического качества на крейсерском режиме полета ЛК > 0,7 при М = 0,8 - 0,82 (по летным испытаниям).

Отработана аэродинамика на больших, закритических углах атаки и в штопоре при исследованиях динамически-подобной и "весовой" моделей в АДТ Т-105. Кроме изучения аэродинамики самолета на больших, закритических углах атаки и в штопоре одной из основных целей таких исследований стала отработка методик создания аэродинамической компоновки самолета с сокращенной (или отсутствующей) областью режимов вероятного штопора. Экспериментальные исследования штопора на динамически подобных моделях самолетов Ил-96-300 и Ил-96М/Т в вертикальной аэродинамической трубе Т-105 показали, что ввод самолета Ил-96-300 в штопор может быть осуществлен пилотом только при полных отклонениях поверхностей управления в положения по штопору, а самолет Ил-96М/Т не должен входить в штопор при любых комбинациях отклонений поверхностей управления.

Выполнена программа работ по совершенствованию качества внешней поверхности самолета, что позволило применительно к самолетам Ил-96-300 и Ил-96 М/Т обеспечить для первых серийных самолетов величину схвр @ 6%схо гладкого самолета, что в 2 раза лучше, чем на серийном самолете Ил-86.

Ил-114, Ил-114Т

При исследованиях аэродинамики самолета используются аэродинамические модели самолета с имитаторами силовой установки с работающими воздушными винтами:

весовая модель с малогабаритными имитаторами силовой установки с воздушными винтами с электроприводом для испытаний в АДТ Т-203 СибНИА;

уникальная макет-модель самолета (масштаб 1:2, размах крыла макет-модели 15 м) с имитаторами силовой установки с работающими воздушными винтами с моделированием выхлопных струй из двигателей для испытаний в большой аэродинамической трубе Т-101 ЦАГИ. Макет-модель обладает рядом особенностей и достоинств и может быть использована при исследованиях аэродинамики других самолетов подобного класса.

Общие характеристики опыта проектирования

При разработке аэродинамической компоновки каждого названного самолета и отработке его аэродинамических характеристик были реализованы научно-технические решения, которые позволили не только начать эксплуатацию самолетов первоначального варианта, но и обеспечить дальнейшее их развитие и разработку на их основе модификаций, характеризующихся высоким уровнем конкурентноспособности и летно-технического совершенства.

Аэродинамические компоновки крыльев самолетов Ил-76, Ил-86, Ил-96-300, Ил-96М/Т, Ил-114 защищены авторскими свидетельствами на изобретения и патентами.

Следует отметить, что создание самолетов подобного класса характеризуется значительным объемом научных и экспериментальных аэродинамических исследований, о чем можно судить по количеству испытанных аэродинамических моделей, указанному в табл. 1.

Таблица 1

Самолет Общее количество испытанных аэродинамических моделей

Ил-76 28

Ил-86 35

Ил-96-300, Ил-96М/Т 28

Ил-114 15

Наметившаяся тенденция к уменьшению числа используемых аэродинамических моделей при отработке аэродинамики вновь проектируемых самолетов свидетельствует о все возрастающей роли " компьютерной" аэродинамики.

Принятая в ОКБ "Ильюшин" технология ведения работ по аэродинамическому проектированию дозвуковых самолетов выделяет следующие важнейшие факторы, определяющие направления и объемы расчетно-экспериментальных исследований:

обеспечение планируемых технико-экономических показателей самолета и выполнение заданных технических требований Заказчика на его разработку;

обеспечение нормируемого уровня безопасности при эксплуатации;

выполнение программы расчетно-экспериментальных исследований по аэродинамике самолета с получением оптимальных решений в пределах установленных сроков и располагаемых ресурсов;

использование новейших достижений в области аэродинамики самолета;

использование в полной мере оснащенности расчетной и экспериментальной базы и новейших методов расчета и техники эксперимента.

Развитая технология аэродинамического проектирования дозвуковых пассажирских и транспортных самолетов охватывает комплекс расчетно-экспериментальных работ, включающих расчетноаналитические исследования, исследования моделей в аэродинамических трубах, математическое моделирование и летно-конструкторские испытания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Васин И. С., Егоров В.И., Муравьев Г.Г. Аэродинамика самолета Ил-76Т. - М.: Транспорт, 1983.

2. Бехтир В.П., Борисов А.И., Васин И. С., Муравьев Г.Г. и др. Аэродинамика самолета Ил-96-300 - Ульяновск: МП “ТЭМП”, 1993.

3. Васин И. С. Исследования эффективности применения ВЗК в компоновках стреловидных и прямых крыльев дозвуковых самолетов ОКБ "Ильюшин" // Моск. обл., пос. Володарского.: XII школа - семинар "Аэродинамика летательных аппаратов" НИО-2 ЦАГИ. - М., 2001.

4. Васин И. С. Экспериментальные исследования аэродинамики дозвукового транспортного самолета Ил-76 // Моск. обл., пос. Володарского.: XIII школа - семинар "Аэродинамика летательных аппаратов" НИО-2 ЦАГИ. - М., 2002.

5. Васин И. С. Исследования по аэродинамике дальнего магистрального самолета Ил-96-300 - Моск. обл., пос. Володарского.: XIV школа - семинар "Аэродинамика летательных аппаратов" НИО-2 ЦАГИ. - М.,2003.

FROM EXPERIENCE OF AERODYNAMIC DESIGN OF ILJUSHIN DESIGN BUREAU

AIRPLANES

Vasin I.S.

The special features of aerodynamic design Iljushin Design Bureau airplanes are considered.

Сведения об авторе

Васин Игорь Сергеевич, 1938 г.р., окончил МАТИ (1961), ведущий аэродинамик ОКБ АК им. С.В. Ильюшина, кандидат технических наук, автор более 80 научных работ, область научных интересов -аэродинамика дозвуковых самолетов, аэродинамическое проектирование, безопасность летной эксплуатации.