Анализ аэродинамического взаимодействия планера и двигателей, установленных под крылом

Автор: Руслан Андреевич Штин

Соавторы: Матяш Е.С., Матяш И.С., Савельев А.А.

Организация: Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского

Использование двигателей с большой степенью двухконтурности имеет ряд потенциальных преимуществ. Однако, переход двигателей на большую двухконтурность сопровождается увеличением диаметра, лобового сопротивления, веса и аэродинамического взаимодействия с крылом. При проектировании компоновки самолёта нужно учитывать много факторов, например, ламинарно-турбулентный переход, правильное управление которым может снизить сопротивление на десятки процентов [1]. Существует ряд работ (например, [2]), в которых демонстрируется, что при неправильном проектировании компоновки негативная интерференция двигателя с планером может нивелировать весь выигрыш от увеличенной степени двухконтурности.

В работе исследуется влияние интерференции двухконтурных двигателей, пилонов, крыла и фюзеляжа на аэродинамические характеристики полумодели четырехдвигательного самолета с подкрыльевым расположением двигателей. Для получения числовых параметров обтекания используется компьютерное моделирование (CFD) с использованием системы уравнений RANS, замкнутой моделью турбулентности SST. Для проведения аэродинамических расчётов в работе используется программа EWT-ЦАГИ [3]. Параметры набегающего потока определяются из условий крейсерского полета в стандартной атмосфере.

Методология основана на сравнении суперпозиции изолированных элементов с компоновкой при одинаковой подъемной силе, включающей вертикальную составляющую тяги двигателя. Схема разделения сил, действующих на двигатель, изображена на Рис. 1.

Рис. 1. Декомпозиция горизонтальных сил, действующих на двигатель, мотогондолу и планер [4]

Суммарная горизонтальная сила делится на составляющие, что позволяет анализировать вклад каждого элемента компоновки. 

Результаты выявили благоприятное влияние интерференции на внешнее сопротивление мотогондол двигателей и на сопротивление крыла и неблагоприятное влияние интерференции на тягу двигателя.

1. Штин Р.А., Савельев А.А. Учёт влияния благоприятного градиента давления при моделировании ламинарно-турбулентного перехода в рамках подхода RANS // Труды МФТИ. 2024. Т. 16. № 1. С. 129–143.

2. Stankowski T.P., MacManus D.G., Robinson M., Sheaf C.T. Aerodynamic Effects of Propulsion Integration¬ for Hogh Bypass Ration Engines // Journal of Aircraft. 2017. Vol. 54. № 6.

3. Власенко В.В., Кажан Е.В., Матяш Е.С., Михайлов С.В., Трошин А.И. Численная реализация неявной схемы и различных моделей турбулентности в расчетном модуле ZEUS // Труды ЦАГИ. 2015. №2735. С. 5–49.

4. Magrini A., Buosi D., Benini E. Analysis of installation aerodynamics and comparison of optimised configuration of an ultra-high bypass ratio turbofan nacelle // Aerospace Science and Technology. 2022. Vol. 128.