Публикации
Численный расчет трапециевидного крыла с высокой подъемной силой
Исследование рынка, проведенное компанией Raisbeck Engineering Inc., показало, что у авиакомпаний, эксплуатирующих самолет Learjet 60 возникла потребность в увеличении объема багажного отсека. В результате, компания решила заняться разработкой вместительного багажного отсека (БО) в хвостовой части фюзеляжа для самолета Learjet 60, схожего с багажным отсеком самолета Learjet 30. Для решения задачи Raisbeck Engineeringвыбрала программный комплекс STAR-CCM+, т.к. именно это программное обеспечение удовлетворяет всем требованиям Raisbeck Engineering.
Для точного захвата потока в пограничном слое вокруг крыла была создана сетка с призматическими слоями, состоящая из шестигранных ячеек: 25 слоёв ячеек на верхней, нижней и передней кромке крыла.
В последнее десятилетия все более возрастает интерес к беспилотным летательным аппаратам (сокращенно БПЛА на русском и UAV на английском).
Геометрия
Для наиболее точного представления самолета Raisbeck Engineering провел полномасштабную дискретизацию самолета Learjet 60. Для этого использовалась сканировании интерференции белого света. Техника заключалась в направлении интерференционных полос на самолет с различных расстояний, отраженные результирующие интерференционные картинки фиксировались несколькими камерами. Наконец, полученная геометрия была упрощена с помощью удаления незначительных деталей, таких как заклепки, зазоры, небольшие антенны и т.д.
Цели и ограничения
Для моделирования формы багажного отсека (БО) в хвостовой части фюзеляжа были установлены физические ограничения, при которых БО не должен ударяться о землю при взлете. Целевой объем грузовых воздушных перевозок был установлен на 300 фунтов и 25 кубических футов. Форма БО рассматривалось в трех вариантах с различной степенью грузоподъемности: с килем, без киля, и гибрид (см. рисунки ниже). Для каждой формы были рассчитаны объем груза, площадь внешней «омываемой» поверхности и технологичность.
Формы багажного отсека: с килем (левая), без киля (центральная) и гибрид (правая)
Выполнение расчета
Для оценки аэродинамического качества каждой формы был отобран целый ряд крейсерских условий (режимов) на основе Руководства по лётной эксплуатации воздушного судна и отзывам эксплуатантов. Для каждого условия полета самолет с предполагаемой формой БО был сбалансирован под углом атаки до нужной подъемной силы. Отношение подъемной силы к силе сопротивления ( или L/D) позволило определить общее аэродинамическое качество всех конфигураций. Постоянно отслеживалось распределение давления, что позволило избежать пики сильного разрежения (см. рисунок ниже).
Моделирование
Все расчеты STAR-CCM+ проводились в стационарных условиях, с использованием K-ω модели турбулентности Menter SST. Была построена сетка, состоящая примерно из 6.5 млн многогранных ячеек. Расчет полета в режиме балансировки был выполнен в жесткие сроки, менее чем за 48 часов на 24-узловом кластере.
Результаты: CFD
Анализ показал, что для всех крейсерских режимов и форм абсолютное изменение отношения L/D составляет менее 1% по сравнению с базовой конфигурацией. Также, из любопытства была смоделирована «рабочая» аэродинамическая форма, которая показала изменения в L/D -4% (увеличение сопротивления).
Результаты: Лётные испытания
Лётные испытания проводились с целью проверить потери мощности от лобового сопротивления (трения). Чтобы соорудить объект летных испытаний, за основу был взят один блок заполнителя высокой плотности. Затем поверх его наложили восемь слоев предварительно пропитанного композита с добавлением сотового заполнителя и шпангоута. В итоге получилась форма длиной в 24 фута. Результаты летных испытаний на основе расчетов STAR-CCM+ показали хорошие результаты. Цель нулевой потери мощности от сопротивления была достигнута.
Выводы
С помощью STAR-CCM+ Raisbeck Engineering спроектировала багажный отсек для самолета Learjet 60 с нулевой потерей мощности от трения. Полученные результаты были успешно подтверждены лётными испытаниями. В настоящее время багажный отсек в хвостовой части фюзеляжа Learjet 60 находится на стадии детализированного проектирования. Решаются вопросы внутренней механики, производства и т.д. Новый, вместительный багажный отсек позволит эксплуатантам воздушных судов перевозить больше багажа, а также повысит лётные качества самолета.
CAD-модель багажного отсека в хвостовой части фюзеляжа Learjet 60 на стадии детализированного проектирования
