Исследование продольной устойчивости экраноплана типа «летающее крыло» с использованием технологий вычислительной гидродинамики

Авторы: Е.М. Грамузов, А.В. Февральских, М.С. Махнев

В статье исследуется возможность обеспечения устойчивости продольного движения крыла вблизи экрана и экраноплана компоновочной схемы типа «летающее крыло». Основные перспективы экранопланов типа «летающее крыло» связаны с возможностью повышения удельного полезного груза, а также большей маневренностью в узких фарватерах и на извилистых участках маршрутов в руслах рек, в прибрежной зоне, по сравнению с экранопланами «самолетной» схемы. Ключевой проблемой обоснования компоновки экраноплана типа «летающее крыло» остается прогнозирование характеристик продольной устойчивости, в том числе так называемого коэффициента продольного аэродинамического демпфирования — производной коэффициента момента тангажа по угловой скорости тангажа. При этом представляется важным, что аэродинамическая компоновка легкого экраноплана должна обладать устойчивостью крейсерского движения без применения системы автоматического управления. В настоящей работе с использованием программного обеспечения численного моделирования Ansys определены значения вращательной производной коэффициента момента тангажа по угловой скорости тангажа для крыльев с различным удлинением, движущихся вблизи экрана, а также для компоновки типа «летающее крыло». Определены зависимости коэффициента продольного демпфирования от положения центра масс и высоты над экраном, исследовано влияние стреловидности крыла. Определены аэродинамические характеристики компоновочного варианта экраноплана типа «летающее крыло», для которого выполнено решение уравнений продольного движения с использованием данных, полученных по результатам численного моделирования. Даны рекомендации по выбору положения центра масс и высот движения экраноплана на базе исследованного компоновочного варианта, при которых экраноплан типа «летающее крыло» удовлетворяет критериям продольной статической устойчивости и обладает собственной динамической устойчивостью.

Ключевые слова: экранный эффект, летающее крыло, продольная устойчивость, численное моделирование.

УДК 629.576

Об авторах:

Е.М. Грамузов - д-р техн. наук; профессор, ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева», Нижний Новгород, e-mail: terkor@nntu.ru

А.В. Февральских - канд. техн. наук, АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», Москва, e-mail: a.fevralskih@gmail.com

М.С. Махнев - АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», Москва, e-mail: kleonorm@gmail.com

Страницы: 66-74

Список литературы

1. Экранопланы: транспортные суда XXI века / А.И. Маскалик [и др.]. — Санкт-Петербург: Судостроение, 2005. — 576 с.

2. Rozhdestvensky K.V. Wing-in-ground effect vehicles / K.V. Rozhdestvensky//Progress in aerospace sciences. — No. 42. — 2006 — pp. 211 — 283.

3. Экспертиза экранопланов / А. Н. Панченков [и др.]. — Нижний Новгород: Поволжье, 2006. — 655 с.

4. Февральских А.В. Разработка методики проектирования аэрогидродинамической компоновки амфибийного судна на воздушной подушке с аэродинамической разгрузкой на основе численного моделирования: дис. канд. техн. наук. — Нижний Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2017. — 175 с.

5. Иродов Р.Д. Критерий продольной устойчивости экраноплана при полете с постоянной скоростью вблизи экрана / Р.Д. Иродов // Ученые записки ЦАГИ. — 1970. — № 4. — Т. 1. — с. 63 — 74.

6. Shabarov V., Kaliasov P., Peplin F. Influence of ground effect on longitudinal aerodynamic damping of wing-in-ground effect vehicles /Vasiliy Shabarov [et al.] //Ship Technology Research — 2020 — DOI: 10.1080/09377255.2020.1724647.

7. Грамузов Е.М., Февральских А.В. Аэродинамический профиль несущего крыла для скоростных экранных судов с кормовым расположением центра масс /Е.М. Грамузов [и др.] // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. — 2016. — № 49. — ISSN: 1991-8275 — с. 117 — 122.

8. Грамузов Е.М., Любимов В.И., Смирнов К.В., Соснов А.В., Февральских А.В. Автоматизированная оптимизация компоновки крыла и горизонтального оперения экраноплана по результатам численного моделирования аэродинамики / Е.М. Грамузов [и др.] // Морские интеллектуальные технологии — 2019. — № 1 (43) — т.3 — ISSN: 2073-7173 — с. 38 — 47.

9. Glauert H. The Lift and Pitching Moment of an Airfoil Due to a Uniform Angular Velocity of Pitch. R. & M. 1216, 1929.

10. Февральских А.В. Численное исследование влияния удлинения крыла на характеристики движения под действием экранного эффекта амфибийного судна на воздушной подушке с аэродинамической разгрузкой /А.В. Февральских // Известия КГТУ — 2019 — № 53 — с. 182-193.