Экспериментальное исследование несущей способности корпуса летательного аппарата с тремя внешними блоками, расположенными по схеме «Y»

全文:

Обоснование. Авторам неизвестны исследования аэродинамических характеристик компоновок летательных аппаратов (ЛА) с тремя внешними блоками (ВБ). В статье делается попытка устранить данный пробел. В работе экспериментальным путем получена несущая характеристика трехблочной компоновки ЛА, с ВБ, расположенными параллельно оси основного корпуса по схеме «Y». Эксперимент проводился в аэродинамической трубе Самарского университета [1]. Основной проблемой определения несущих характеристик ЛА является возможность оценить взаимовлияние ВБ и основного корпуса ЛА [2–7]. Для этой цели предложена новая схема измерений тензометрическим методом, на основе которой получены коэффициенты интерференции.

Цель — определить величины производных коэффициентов нормальных сил по углу атаки, коэффициенты интерференции, учитывающие влияние ВБ на фюзеляж и фюзеляж на ВБ, а также их зависимости от относительного диаметра ВБ в компоновке модели трехблочного ЛА схемы «Y».

Методы. На основании поэлементного метода расчета [4, 6, 7] производную коэффициента нормальной силы по углу атаки компоновки ЛА ${С}_{ук}^{\alpha }$, можно записать в виде:

$C_{y\text{К}}^{\alpha }=\frac{1}{S_{\text{М.К}}}\left[S_{\text{М.Ф}}\left(C_{y\Phi }^{\alpha }+\Delta C_{y\Phi \left(\text{б}\right)}^{\alpha }\right)+K_{\text{T}}\left(n_{\text{б}}{C}_{y\text{б}}^{\alpha }{S}_{\text{М.б}}+\Delta C_{y\text{б}\left(\Phi \right)}^{\alpha }{S}_{\text{М.Ф}}\right)\right]$

$=\frac{1}{S_{\text{М.К}}}\left[S_{\text{М.Ф}}{C}_{y\Phi }^{\alpha }\left(1+\frac{\Delta C_{y\Phi \left(\text{б}\right)}^{\alpha }}{C_{y\Phi }^{\alpha }}\right)+K_{\text{T}}\left(n_{\text{б}}{C}_{y\text{б}}^{\alpha }{S}_{\text{М.б}}+\frac{\Delta C_{y\text{б}\left(\Phi \right)}^{\alpha }}{C_{y\Phi }^{\alpha }}{C}_{y\Phi }^{\alpha }{S}_{\text{М.Ф}}\right)\right]$ (1)

$=\frac{S_{\text{М.Ф}}}{S_{\text{М.К}}}\left[C_{y\Phi }^{\alpha }\left(1+K_{\Phi \left(\text{б}\right)}\right)+K_{\text{T}}\left(n_{\text{б}}{C}_{y\text{б}}^{\alpha }\frac{S_{\text{М.б}}}{S_{\text{М.Ф}}}+K_{\text{б}\left(\Phi \right)}{C}_{y\Phi }^{\alpha }\right)\right]$

где S_м.к, S_м.ф, и S_м.б — площади миделевых сечений компоновки в целом (сумма миделевого сечения корпуса и всех миделевых сечений ВБ), миделевое поперечное сечение корпуса, миделевое поперечное сечение ВБ; $C_{y\Phi }^{\alpha }, C_{y\text{б}}^{\alpha }, \Delta C_{y\Phi \left(\text{б}\right)}^{\alpha } \text{и} \Delta C_{y\text{б}\left(\Phi \right)}^{\alpha }$ — производные коэффициентов нормальных сил по углу атаки фюзеляжа (корпуса), ВБ и дополнительных нормальных сил, возникающих на корпусе от влияния ВБ и на ВБ от влияния корпуса; n_б — количество ВБ (в данном случае n_б = 3); к_т — коэффициент торможения потока, набегающего на ВБ. Коэффициент интерференции, учитывающий влияние ВБ на корпус K_ф(б), определяется на основании метода, описанного в патенте [8], для случая, когда между корпусом и ВБ имеется небольшая щель (шириной не более 2 мм) и сами блоки закрепляются с помощью специального кронштейна позади основного корпуса. Такое крепление блоков позволяет не передавать аэродинамическую силу на чувствительные элементы тензовесов, действующую на сами ВБ, и в то же время измерять силу, действующую на основной корпус, с учетом интерференционной силы от ВБ. В этом случае формулу для коэффициента интерференции K_ф(б) можно записать так:

$K_{\Phi \left(\text{б}\right)}=\frac{\Delta C_{y\Phi \left(\text{б}\right)}^{\alpha }}{C_{y\Phi }^{\alpha }}=\frac{\Delta C_{y\Phi \left(\text{б}\right)}^{\alpha }+C_{y\Phi }^{\alpha }-C_{y\Phi }^{\alpha }}{C_{y\Phi }^{\alpha }}=\frac{C_{y\Phi }^{\alpha }+\Delta C_{y\Phi \left(\text{б}\right)}^{\alpha }}{C_{y\Phi }^{\alpha }}-1,0$ (2)

Тогда из формулы (1) второй коэффициент интерференции K_б(ф), учитывающий влияние корпуса на ВБ, можно выразить формулой:

$K_{\text{б}\left(\Phi \right)}=\frac{C_{y\text{К}}^{\alpha }-{\displaystyle \frac{1}{1+n_{\text{б}}{\overline{d}}^2}}{C}_{y\Phi }^{\alpha }\left(1+K_{\Phi \left(\text{б}\right)}\right)-K_{\text{T}}{n}_{\text{б}}{C}_{y\text{б}}^{\alpha }{\displaystyle \frac{{\overline{d}}^2}{1+n_{\text{б}}{\overline{d}}^2}}}{K_{\text{T}}{C}_{y\Phi }^{\alpha }{\displaystyle \frac{1}{1+n_{\text{б}}{\overline{d}}^2}}}=\frac{C_{y\text{К}}^{\alpha }\left(1+n_{\text{б}}{\overline{d}}^2\right)-C_{y\Phi }^{\alpha }\left(1+K_{\Phi \left(\text{б}\right)}\right)-K_{\text{T}}{n}_{\text{б}}{C}_{y\text{б}}^{\alpha }{\overline{d}}^2}{K_{\text{T}}{C}_{y\Phi }^{\alpha }}$ (3)

в формуле (3) принято обозначение $\overline{d}=d/D$ для относительного диаметра ВБ, где d — диаметр ВБ; D — диаметр основного корпуса. Итак, для расчета коэффициентов интерференции по формулам (2) и (3) необходимо экспериментально определить следующие величины: $C_{yк}^{\alpha }, C_{yф}^{\alpha }, \Delta C_{y\left(\text{б}\right)}^{\alpha } \text{и} {К}_{Т}$.

Результаты. На рис. 1 представлена зависимость производной коэффициента нормальной силы по углу атаки от относительного диаметра ВБ. Данная зависимость хорошо аппроксимируется с относительным среднеквадратичным отклонением (СКО) σ ≈ 1,1 % полиномом второй степени

$C_{y\text{К}}^{\alpha }=0,0473+0,0268\overline{d}-0,0174{\overline{d}}^2$.

Рис. 1. Зависимость производной коэффициента нормальной силы по углу атаки от относительного диаметра ВБ

Взятие производной, приравнивание ее к нулю и последующее решение линейного уравнения позволяет определить оптимальный относительный диаметр ВБ ${\overline{d}}_{opt}\approx 0,77$, обеспечивающий максимальное значение производной коэффициента нормальной силы по углу атаки компоновки ЛА $C_{yk max}^{\alpha }\approx 0,058{\mathrm{град}}^{-1}$. На рис. 2 показана зависимость коэффициента интерференции, характеризующего влияние ВБ на корпус от относительного диаметра ВБ.

Рис. 2. Зависимость коэффициента интерференции, характеризующего влияние блоков на корпус от относительного диаметра ВБ

Данные экспериментальные результаты аппроксимируются с относительным СКО σ≈5 % следующим уравнением:

$K_{\Phi \left(\text{б}\right)}=-0,1569\overline{d}+0,968{\overline{d}}^2$.

На рис. 3 показана зависимость коэффициента интерференции, характеризующего влияние корпуса на ВБ, от относительного диаметра ВБ.

Рис. 3. Зависимость коэффициента интерференции, характеризующего влияние корпуса на блоки от относительного диаметра ВБ

Коэффициент интерференции  аппроксиируется полином второй степени с относительным СКО σ≈5 %.

$K_{\text{б}\left(\Phi \right)}=-0,0556+1,1821\overline{d}-0,8654{\overline{d}}^2$.

Выводы. Получена зависимость производной коэффициента нормальной силы по углу атаки для трехблочных компоновок ЛА с расположением ВБ по схеме «Y» от относительного диаметра ВБ; установлены зависимости коэффициентов интерференции от относительного диаметра блоков, характеризующие как влияние ВБ на основной корпус, так и корпуса на ВБ.

作者简介

编辑信件的主要联系方式.
Email: germamo@mail.ru

аспирант, группа А404, институт авиационной и ракетно-космической техники

参考

补充文件

附件文件

动作

1. JATS XML

下载

2. Рис. 1. Зависимость производной коэффициента нормальной силы по углу атаки от относительного диаметра ВБ

下载 (58KB)

索引源数据

3. Рис. 2. Зависимость коэффициента интерференции, характеризующего влияние блоков на корпус от относительного диаметра ВБ

下载 (48KB)

索引源数据

4. Рис. 3. Зависимость коэффициента интерференции, характеризующего влияние корпуса на блоки от относительного диаметра ВБ

下载 (42KB)

索引源数据