Публикации
Новая конфигурация выхлопной системы для летательного аппарата AW609 вертикального взлета и посадки с поворотными винтам
Двигательный отсек является основным компонентом летательного аппарата AW609, так как он определяет производительность двигателя и обеспечивает безопасную маневренность для каждого режима полета. Правильный дизайн корпуса двигателя и выхлопной системы очень критичен, поскольку эти системы непосредственно принимают участие в обеспечении летных характеристик и охлаждении двигателя. Ранее было сделано несколько попыток разработки эффективной вторичной системы охлаждения, но проблемы термического характера, такие как подгорание панелей горячее отражение от грунта сподвигли фирму AgustaWestland (AW) Engineering разработать новую поверхность. Потребовался CFD анализ на точной модели, чтобы сравнить экспериментальные данные, собранные с летательного аппарата при помощи телеметрии и посмотреть улучшения, представленные в новой конфигурации. Фирма AW Engineering решила использовать пакет STAR-CCM+® для CFD анализа.
Для рабочего процесса, начиная с импорта медицинских снимков (DICOM) и заканчивая 3D-визуализацией гемодинамического риска, использовались средства CFD и моделирования.
Возможно, одной из главных проблем, с которой сегодня столкнулась авиакосмическая промышленность, - это неизбежное старение рабочего персонала...
Геометрия. Трехмерная модель была разработана в CATIA, при этом были приняты во внимание корпус летательного аппарата, система забора воздуха и двигательный отсек. Были представлены все компоненты корпуса летательного аппарата, кроме трехлопастного винта, для которого было продемонстрировано, что эффект скоса потока не
Изображение 1: Наклон-ный винт и истема выхлопа
Использование большой кинетической энергии выхлопных газов для подсоса свежего воздуха, является новым направлением в безопасности и производительности летательного аппарата в различных режимах полета. Более того, температура, скорость и направление выхлопных потоков имеет прямой эффект на конфигурацию выхлопной системы, так как они могут вызвать серьезные нагрузки на кабину самолета нагревая ее и, в результате, на разрушение асфальтового покрытия, особенно во время маневров на земле. В тоже время, эта система разгрузки лимитирует потери давления в выхлопном контуре, который влияет на производительность двигателя в терминах выработки энергии и потребления топлива.
Поэтому правильная поверхность контура может уменьшить отрыв потока и турбулентность в спутанном следе. Производительность двигателя также подчиняется выхлопной системе. Поток овоздуха всасывается и переносится на вход компрессора с маленьким перепадом давления и в наиболее общем случае позволяет избежать влияния на эффективность двигателя. Летные характеристики. Анализ включает в себя четыре основных действия в полете, предполагая различные углы тангажа для воздушного судна, в зависимости от высоты и скорости. Моделирование этих четырех фаз помогло наблюдать поведение двигателя и корпуса воздушного судна на протяжении всего полета, от опреации парения в режиме вертолета до крейсерского полета в режиме самолета. Сравнение с экспериментальными данными использовалось для того, чтобы определить качество и точность модели. Четыре полетных условия и соответствующие углы тангажа были следующими:
Изображение 2:
Трехмерная модель корпуса двигателя
Парение с углом тангажа воздушного судна 90° по отношению к поверхности земли (режим вертолета);
Набор высоты воздушным судном с углом 75°;Горизонтальный полет с углом тангажа 50°;
Полет с набором высоты на максимальной мощности с углом тангажа 0° (раежим самолета).
Парение с углом тангажа 90° и полет с набором высоты на максимальной крейсерской скорости представляют собой два экстремальных случая для конфигурации летательного аппарата. Парение – это маневр, следующий за отрывом от земли, где все двигатели достигают своей максимальной мощности и температуры. Полет с набором высоты на максимальной крейсерской скорости представляет собой режим полета на максимальной высоте , когда воздушное судно достигает максимальной скорости в режиме самолета. Поэтому эти два основных режима очень важны в первом летном тесте с новой системой выпуска отработанных газов, с помощью этих режимов анализируется правильная работа двигателей. Оставшиеся режимы покрывают два наиболее значимых шага между конфигурациями вертолета и самолета. Во время этих шагов воздушное судно поднимается на все большую высоту и набирает скорость. Это фундаментальные вещи для анализа влияния этих маневров на количество воздуха, подающегося в компрессор и свежего воздуха, охлаждающего корпус двигателя.
Численное моделирование. Корпус воздушного судна был помещен в центр кубической рассчетной области размером 50x50x50 m3 в STAR-CCM+, таким образом было возможно смоделировать четыре угла тангажа для него. Граничное условие входа для скорости и граничное условие выхода для давления были определены соответственно на входе и выходе этой рассчетной области соответственно. Чистеное моделирование было проведено для стационарного состояния, с использованием модели турбулентности Menter’s SST k-ω, правильность которой была подтверждена внутри компании AgustaWestland S.p.A для этого приложения. Объемная сетка состояла приблизительно из 1.5 миллионов многогранных ячеек, 9.5 миллионов граней и 7.6 миллионов узлов. Разделенный решатель в STAR-CCM+ использовался для решения уравнений Навье-Стокса, потому что он позволяет проводить точное вычисления профиля скорости слабо сжатого потка без ущерба для сходимости.
Изображение 3: Процентоное отношение потока массы свежего воздуха к потоку внутреннего контура в зависимости от угла наклона двигателя
Изображение 5: Температура во вторичной выхлопной системе в зависимости от угла наклона двигателя свежего воздуха к потоку внутреннего контура в зависимости от угла наклона двигателя
Изображение 4: Теплообмен внутри корпуса двигателя в зависимости от угла наклона двигателясвежего воздуха к потоку внутреннего контура в зависимости от угла наклона двигателя
Парение с углом тангажа 90° и полет с набором высоты на максимальной крейсерской скорости представляют собой два экстремальных случая для конфигурации летательного аппарата. Парение – это маневр, следующий за отрывом от земли, где все двигатели достигают своей максимальной мощности и температуры. Полет с набором высоты на максимальной крейсерской скорости представляет собой режим полета на максимальной высоте , когда воздушное судно достигает максимальной скорости в режиме самолета. Поэтому эти два основных режима очень важны в первом летном тесте с новой системой выпуска отработанных газов, с помощью этих режимов анализируется правильная работа двигателей. Оставшиеся режимы покрывают два наиболее значимых шага между конфигурациями вертолета и самолета. Во время этих шагов воздушное судно поднимается на все большую высоту и набирает скорость. Это фундаментальные вещи для анализа влияния этих маневров на количество воздуха, подающегося в компрессор и свежего воздуха, охлаждающего корпус двигателя.
Численное моделирование. Корпус воздушного судна был помещен в центр кубической рассчетной области размером 50x50x50 m3 в STAR-CCM+, таким образом было возможно смоделировать четыре угла тангажа для него. Граничное условие входа для скорости и граничное условие выхода для давления были определены соответственно на входе и выходе этой рассчетной области соответственно. Чистеное моделирование было проведено для стационарного состояния, с использованием модели турбулентности Menter’s SST k-ω, правильность которой была подтверждена внутри компании AgustaWestland S.p.A для этого приложения. Объемная сетка состояла приблизительно из 1.5 миллионов многогранных ячеек, 9.5 миллионов граней и 7.6 миллионов узлов. Разделенный решатель в STAR-CCM+ использовался для решения уравнений Навье-Стокса, потому что он позволяет проводить точное вычисления профиля скорости слабо сжатого потка без ущерба для сходимости.
влияет на количество воздуха, входящего в двигательный отсек. Система забора воздуха впускает воздух на вход компрессора, продувочный насос которого выбрасывает в окружающую среду такие нежелательные объекты, как песок, асфальтовую пыль, кусочки стекла. Для более легкого обсчета охлаждения двигательного отсека, в данной задаче были упрощены агрегаты двигателя. Это решение позволило сэкономить время расчета, не теряя при этом точности решения. Цели. Основной целью этого анализа было дать оценку эффективности системы охлаждения. Температура на стенках двигателя может достигать 750 K и ввод свежего воздуха в двигатель требует при расчете термических ограничений, влияющих на двигатель.
