Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математическая технология для решения задач аэродинамического проектирования крыльев сверхзвуковых самолетов Боковиков, Юрий Григорьевич

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Боковиков, Юрий Григорьевич. Математическая технология для решения задач аэродинамического проектирования крыльев сверхзвуковых самолетов : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 01.02.05 / Ин-т теоретической и прикладной механики Сиб. отделения РАН.- Новосибирск, 1997.- 22 с.: ил. РГБ ОД, 9 97-4/1069-5

Введение к работе

Актуальность темы. Создание новейших математических технологий для решения задач аэродинамического проектирования сверхзвуковых летательных аппаратов (ЛА) относится к числу сложных и важных проблем аэромеханики. Активный интерес к этому вопросу в последние годы связан с проектированием и созданием нового поколения сверхзвуковых пассажирских самолётов (СПС-2). Основная роль в поиске новой аэродинамической формы СПС пршіадлежит методам, опирающимся на линеаризированное уравнение потенциального невязкого движения и учитывающим тем или иным способом тонкий вязкий пограничный слой. Применение линеаризованного уравнения при невязком обтекании физически оправдано, поскольку проектируемый СПС должен обладать высоким аэродинамическим качеством и вносить малые возмущения в сверхзвуковой поток. При этом решающим фактором является выбор оптимальной конфигурации крыла, обеспечивающей СПС низкое сопротивление при высоких несущих свойствах. Поиск таких конфигураций связан с параметрическими исследованиями аэродинамических характеристик всего многообразия форм крыльев в плане и анализом оптимальных поверхностей, построенных при помощи решения обратных и вариационных аэродинамических задач. Решение этих задач на ЭВМ, основанное на многократном решении прямых задач обтекания, существенно повышает требования к точности и быстроте расчёта аэродинамических характеристик крыла и делает актуальным вопрос об уточнении математических моделей его сверхзвукового вязко-невязкого обтекания и разработке новых эффективных методов расчёта. Традиционное же применение методов расчёта крыла и их программного обеспечения, как базовых, в поисковых интерактивных графических системах аэродинамического машіганого проектирования СПС делает проблему создания математической технологии, способной в рамках этих систем оперативно решать прямые, обратные и вариационные задачи аэродинамического проектирования крыла, чрезвычайно актуальной и практически важной в настоящее время.

Цель диссертации состоит в разработке математической технологии и модульного программного обеспечения для быстрого решения прямых и вариационных аэродинамических задач, возни-

кающих на стадии предварительного проектирования крыльев сверхзвуковых пассажирских самолётов при крейсерских и близким к ним режимах полёта.

Научная новизна

1. Разработана математическая технология для решения пря
мых и вариационных задач, возникающих при аэродинамическом
проектировании крыльев сверхзвуковых пассажирских самолётов
на крейсерских и близким к ним режимах полёта, в которой пред
ложены:

аппроксимация дискретно заданной поверхности крыла локальными рациональными сплайнами;

модель нсвязкого линеаризированного потенциального безотрывного обтекания тонкого вихревого слоя, охватывающего крыло и плавно сходящего с его острых задних кромок;

схема вязко-невязкого течения с замкнутой отрывной зоной, возникающей на подветреной стороне острых дозвуковых кромок при малом уклонении от проектного режима полёта;

модель плоскопараллельного турбулентного пограничного слоя, учитывающего пространственную картину невязкого обтекания.

2. Создан численно-аналитический метод решения задачи по
тенциального обтекания крыла в рамках теории малых возмуще
ний,

основанный на представлении решения в классе кусочно-постоянных функций в виде реккурентных зависимостей для потенциала возмущённой скорости с выделенными в явном виде ограниченными интенсивностями источников;

позволяющий с помощью решения локальной вариационной задачи на минимум коэффициента индуктивно-волнового сопротивления при заданной подъёмной силе найти свободную границу замкнутой отрывной зоны, возникающей на подветреной стороне острых дозвуковых кромок при малых углах атаки.

3. Предложена схема решения вариационных задач в классе
кусочно-постоянных функций путём сведения их к многомерным
задачам квадратичного и нелинейного программирования и реше
на вариационная задача о нахождении несущей срединной поверх
ности крыла, обладаю щей на заданном режиме полёта максималь
ным значением аэродинамического качества, которое достигается
за счёт получения деформации, обеспечивающей плавный без-

ударный вход передних дозвуковых кромок в поток и реализацию в их окрестности тянущей силы.

Достоверность разработанной математической технологии, программного обеспечения и полученных на их основе научных результатов подтверждается верификацией созданных математических моделей и их численных реализаций путём сравнения расчётных локальных и интегральных аэродинамических характеристик с точными решениями линейной теории и экспериментальными данными, полученными в аэродинамической трубе Т-313 ИТПМ на моделях крыльев простых и сложных геометрических форм.

Научная и практическая ценность.

1. Проведены параметрические исследования различных се
мейств крыльев постоянного удлинения и получены результаты,
содержащие:

новые зависимости производных коэффициентов подъёмной силы и момента тангажа от геометрических параметров (стреловидности, сужения и излома кромок);

новые базопые формы крыльев в плане с высокими несущими характеристиками;

- новые оптимальные срединные поверхности, дающие для
крыльев постоянного удлинения поляру минимальных предельных
значений индуктивно-волнового сопротивления в случае задних
кромок малой стреловидности и наибольшие максимальные значе
ния аэродинамического качества при задних кромках большой
стреловидности.

2. Разработано модульное программное обеспечение для ре
шения задач аэродинамического проектирования крыльев СПС,
состоящее из пакетов прикладных программ, позволяющих:

на сверхзвуковых скоростях полёта при малых углах атаки решать прямые задачи обтекания тонких слабоизогнутых крыльев разнообразных форм в плане;

на заданном режиме полёта проводить поиск новых оптимальных аэродинамических форм крыльев с низкими значениями сопротивления и высокими величинами аэродинамического качества;

на режиме полёта, близком к заданному, осуществлять полный аэродинамический анализ найденных перспективных конфигураций крыла.

3. Пакет программ "КРЫЛО", составляющий базовую часть программного обеспечения, сдан в ГосФАП СССР, внедрён в АНТК им. А.Н.Туполева, СибНИА им.С.А.Чаплыгина, включён в библиотеку программ вторичной обработки экспериментальных данных системы накопления и анализа даїшьіх (СНАОД) ИТПМ СО РАН. Пакет программ "ПАРУС", обеспечивающий решение оптимизационных аэродинамических задач, внедрён в СибНИА им.С.А.Чаплыгина.

На защиту выносятся:

  1. Математическая технология для решения прямых и вариационных задач аэродинамического проектирования крыльев СПС, состоящая из модели поверхности тонкого слабоизогнутого крыла произвольной формы в плане, газодинамической модели его сверхзвукового вязко-невязкого обтекания на проектных и близких к ним режимах полёта и численно-аналитического метода решения задач обтекания в классе кусочно-постоянных функций с последующей постановкой и решением экстремальных многопарамет-рнческих задач квадратичного и нелинейного программирования.

  2. Результаты решения прямых задач обтекания крыльев различных форм в плане и вариционных задач о нахождении несущих срединных поверхностей, обладающих на заданном режиме полёта максимальными значениями аэродинамического качества.

  3. Схема параметрического поиска перспективных крыльев для СПС, включающая в себя выбор новых базовых форм в плане с требуемыми несущими и моментными характеристиками на многообразии плановых форм постоянного удлинения; построение оптимальных несущих срединных поверхностей путём решения вариационных задач для найденных базовых форм в плане; профилировку базовых форм с лучшими оптимальными срединными поверхностями путём рационального распределения на них заданного объёма; аэродинамический анализ выбранной профилированной оптимальной конфигурации крыла на режимах полёта СПС, близких к расчётному.

  4. Результаты параметрических исследований различных семейств крыльев постоянного удлинения, содержащие новые зависимости производных коэффициентов подъёмной силы и момента тангажа от геометрических параметров крьша, новые базовые формы крыльев в плане с высокими несущими характеристиками; новые оптимальные срединные поверхности, дающие поляру ми-

нимальных предельных значений индуктивно-волнового сопротивления для крыльев с задней кромкой малой стреловидности и наибольшие максимальные значения аэродинамического качества для крыльев с задней кромкой большой стреловидности.

5. Модульное программное обеспечение для решения прямых и вариационных задач аэродинамического проектирования крыльев СПС.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях ИТПМ (1973,1974), СибНИА (1973), Всесоюзных конференциях "Автоматизация научных исследований на основе применения ЭВМ" (Новосибирск, 1974), "Системы автоматизации научных исследований" (Рига, 1975), "Методы аэрофизических исследований"(Новосибирск, 1976), Всесоюзной школе-семинаре "Комплексы программ математической физики" (Миасс, 1977), Всесоюзном семинаре С.М.Белоцерковского "Аэродинамика неустановившихся движении" (Москва, филиал ЦАГИ, 1979), Все-сибирской школе-семинаре по пакетам прикладных программ (Томск, 1984), 3-й научно-технической конференции СибНИА (Новосибирск, 1984),3-й, 4-й и 5-й Всесоюзных школах по методам аэрофизических исследований (Красноярск, 1982, Новосибирск, 1986, Абака!!, 1989), Международных конференциях по методам аэрофизических исследований (International Conference on the Methods of Aerophysical Research — ICMAR) (Новосибирск, 1992; 1996), семинарах ИТПМ CO РАН, ИАЭ СО РАН, ИМВТ СО РАН. В полном объёме диссертация рассматривалась на семинарах "Теоретическая и прикладная механика" и "Аэродинамика больших скоростей" ИТПМ СО РАН под руководством чл.-корр. РАН В.М.Фомина и д.т.н. профессора А.М.Харитонопа.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 15 работах.

Структура н объём диссертации. Текст диссертации объёмом 170 страниц включает введение, 4 главы и заключение. К тексту даются список литературы из 200 наименований, иллюстрации из 60 рисунков, и 3 приложения, содержащие основные обозначения, вывод вспомогательных формул и акты о внедрении.