Новиков Я.М. - Лауреат Премии им. Непобедимого С.П.
Разработка методики аэродинамического проектирования дозвуковых беспилотных летательных аппаратов по схеме «летающее крыло»
Работа посвящена методике аэродинамического проектирование дозвуковых беспилотных летательных аппаратов, выполненных по схеме «летающее крыло». События последних лет демонстрируют значительный рост применения беспилотных летательных аппаратов данной аэродинамической схемы в военной сфере деятельности, что вызывает необходимость в разработке методики аэродинамического проектирования, позволяющей производить расчеты в пределах сравнительно небольшого времени без существенной потери в их точности. По этой причине представленная методика проектирования основывается на
эмпирико-аналитических зависимостях, изложенных в трудах Н.Ф. Краснова, И.В. Остославского, А.А. Лебедева и Л.С. Чернобровкина. Данная методика предполагает осуществлять расчет аэродинамических характеристик сначала изолированных друг от друга частей летательного аппарата (фюзеляжа и несущих поверхностей), а затем всего аппарата в целом с учетом их взаимного влияния (интерференции). Для автоматизации расчетов существует библиотека подпрограмм для автоматизированного аэродинамического проектирования в рамках учебного процесса, которая используется при программной реализации предлагаемой методики.
В первом приближении беспилотные летательные аппарата, выполненные по схеме «летающее крыло», были представлены в виде изолированной несущей поверхности. Сначала производился расчет аэродинамических характеристик профиля такой несущей поверхности, но бесконечного удлинения (двумерная постановка задачи). Следующим шагом определялись характеристики с учетом конечности удлинения и наличия стреловидности несущей поверхности (трехмерная постановка задачи). Однако данная методика не позволяла определить моменты рысканья и крена любой геометрии крыла, а также аэродинамические характеристики несущей поверхности с рулями, расположенными вдоль ее задней кромки, выполняющих функции элеронов, рулей высоты и рулей направления. В рекомендуемых эмпирико-аналитических зависимостях предполагалось, что рули, если они присутствуют у несущей поверхности, расположены на значительном расстоянии от центра масс летательного аппарата вследствие наличия у него фюзеляжа. Такое допущение позволяло при расчете общих с неповоротной частью несущей поверхности сил, моментов и центра давления учитывать характеристики рулей с использованием эффективного угла атаки всей поверхности, аналогичное допущение применялось при определении демпфирующего момента, а также моментов рысканья и крена. Однако при аэродинамическом проектировании беспилотного летательного аппарата, выполненного по схеме «летающее крыло», данное допущение являлось некорректным, а, следовательно, в соответствии с эмпирико-аналитическими методиками не могли быть определены значения центра давления и моментов. По этой причине существовала необходимость использования либо экспериментальных данных, либо результатов численного моделирования обтекания изолированных несущих поверхностей с отклоненными рулями, расположенными вдоль задней кромки. Поскольку экспериментальный способ требовал изготовления моделей и выполнения дорогостоящих продувок, был выбран второй вариант дополнения и уточнения эмпирико-аналитической методики – реализация численных моделирований обтекания беспилотного летательного аппарата, выполненного по схеме «летающее крыло».
Проведение численного моделирования обтекания изолированной несущей поверхности с рулями, расположенными вдоль ее задней кромки, в тестовом порядке с последующим сравнением полученных результатов с имеющимися в открытых источниках экспериментальными данными, продемонстрировали общую сходимость с отличием численных результатов от эксперимента не более, чем на 2,5%.
Таким образом, предлагаемая методика позволяет производить аэродинамическое проектирование беспилотных летательных аппаратов, выполненных по схеме «летающее крыло», с высокой точностью в относительно небольшое время, однако требует дополнения
эмпирико-аналитических зависимостей результатами численного моделирования с целью их уточнения.