Аэродинамические характеристики перфорированных органов управления летательных аппаратов при дозвуковых скоростях обтекания
Опубликовано: 15.08.2022
Авторы: Калугин В.Т., Луценко А.Ю., Калугина М.Д., Назарова Д.К., Слободянюк Д.М.
Опубликовано в выпуске: #8(128)/2022
DOI: 10.18698/2308-6033-2022-8-2205
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов
Срыв вихрей с управляющих поверхностей летательного аппарата часто приводит к возникновению нежелательных явлений тряски и раскачки конструкции. Одним из способов устранения данного эффекта является перфорирование поверхностей. В работе рассматриваются аэродинамические характеристики органа управления летательного аппарата в форме перфорированной плоской пластины единичного удлинения. Проведены экспериментальные исследования в дозвуковой аэродина-мической трубе МГТУ им. Н.Э. Баумана. Получены аэродинамические коэффициенты пластин с различной степенью перфорации от 0 до 28,3 % при скоростях набегающего потока 15…35 м/с в широком диапазоне углов атаки от 0 до 90 град. Проанализированы графики зависимости аэродинамических коэффициентов пластин от угла атаки. Выявлено, что аэродинамические характеристики перфорированных пластин отличаются от соответствующих характеристик сплошных пластин, увеличение степени перфорации приводит к снижению значений аэродинамических коэффициентов, при этом уменьшение скорости набегающего потока вызывает их возрастание.
Литература
[1] Калугин В.Т. Аэрогазодинамика органов управления полетом летательных аппаратов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, 688 с.
[2] Епихин А.С., Калугин В.Т. Методы снижения и расчет нестационарных аэродинамических нагрузок при килевом бафтинге маневренного самолета. Математическое моделирование, 2017, т. 29, № 10, с. 35–44.
[3] Mahgoub A.O., Ghani S. Numerical and experimental investigation of utilizing the porous media model for windbreaks CFD simulation. Sustainable Cities and Society, 2021, vol. 65, art. ID 102648. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210670720308647 (дата обращения: 01.06.2022). DOI: 10.1016/j.scs.2020.102648
[4] Dong Z., Luo W., Qian G., Wang H. A wind tunnel simulation of the mean velocity fields behind upright porous fences. Agricultural and Forest Meteorology, 2007, vol. 146, pp. 82–93. DOI: 10.1016/j.agrformet.2007.05.009
[5] Tanner P., Gorman J., Sparrow E. Flow–pressure drop characteristics of perforated plates. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 2019, vol. 29 (11), pp. 4310–4333. DOI: 10.1108/HFF-01-2019-0065 URL: https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/HFF-01-2019-0065/full/html (дата обращения: 01.06.2022).
[6] Liu H.-f., Tian H., Chen H., Jin T., Tang K. Numerical study on performance of perforated plate applied to cryogenic fluid flowmeter. Journal of Zhejiang University Science A, 2016, vol. 17, pp. 230–239. URL: https://link.springer.com/article/10.1631/jzus.A1500082 (дата обращения: 01.06.2022). DOI: 10.1631/jzus.A1500082
[7] Steiros K., Bempedelis N., Ding L. Recirculation regions in wakes with base bleed. Phys. Rev. Fluids, 2021, vol. 6, art. ID. 034608. URL: https://journals.aps.org/prfluids/abstract/10.1103/PhysRevFluids.6.034608 (дата обращения: 01.06.2022). DOI: 10.1103/PhysRevFluids.6.034608
[8] Ozahi E. An analysis on the pressure loss through perforated plates at moderate Reynolds numbers in turbulent flow regime. Flow Measurement and Instrumentation, 2015, vol. 43, pp. 6–13. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955598615000266 (дата обращения: 01.06.2022). DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2015.03.002
[9] Pruthviraj U., Yaragal S., Nagaraj M.K. Numerical prediction of air flow through perforated plates on flat surface. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 2013, vol. 2 (7), pp. 2863–2869. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/NUMERICAL-PREDICTION-OF-AIR-FLOW-THROUGH-PERFORATED-Pruthviraj-Yaragal/17f775eb7fc2d67bf79b475db76c720d3bb5ab69 (дата обращения: 01.06.2022).
[10] Bayazit Y., Sparrow E., Gorman J. Flow impingement on a perforated plate at an angle of attack. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 2017, vol. 27 (1). DOI: 10.1108/HFF-10-2015-0420
[11] Guo B.Y., Hou Q.F., Yu A.B., Li L.F., Guo J. Numerical modelling of the gas flow through perforated plates. Chemical Engineering Research and Design, 2013, vol. 91 (3), pp. 403–408. http://dx.doi.org/10.1016/j.cherd.2012.10.004
[12] Bossi F.C., Barannyk O., Rahimpour M., Malavasi S., Oshkai P. Effect of transverse perforations on fluid loading on a long, slender plate at zero incidence. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 2017, vol. 65 (4), pp. 1–7. DOI: 10.1515/johh-2017-0025
[13] Lee T. Aerodynamic Characteristics of Airfoil with Perforated Gurney-Type Flaps. Journal of Aircraft, 2009, vol. 46 (2), pp. 542–548. DOI: 10.2514/1.38474
[14] Iqbal M., Shah S., Hassan A. CFD Analysis of NACA-0012 Airfoil with Various Porous Gurney Flap Geometries. 2019 International Conference on Applied and Engineering Mathematics. HITEC University Taxila, Pakistan, 2019, pp. 231–236. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8853695&tag=1 (дата обращения: 01.06.2022). DOI: 10.1109/ICAEM.2019.8853695
[15] Lee T., Ko L.S. PIV investigation of flowfield behind perforated Gurney-type flaps. Exp Fluids, 2009, vol. 46 (6), pp. 1005–1019. DOI: 10.1007/s00348-008-0606-1
[16] Purser P.E., Turner T.R. Wind-tunnel investigation of perforated split flaps for use as dive brakes on a rectangular NACA 23012 airfoil. NACA report. Langley Memorial Aeronautical Laboratory, Langley Field, Va., 1941, L-445, 48 p.
[17] Калугин В.Т., Киндяков Е.Б., Чернуха П.А. Особенности обтекания перфорированных устройств системы стабилизации грузов на внешней подвеске летательных аппаратов. Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации, 2010, № 151, с. 23–27.
[18] Chernukha P.A., Raffel M., Kalugin V.T. Experimental and numerical modeling of flow around perforated stabilizing devices. Notes on Numerical Fluid Mechanics, 2013, vol. 121, pp. 169–176. URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-35680-3_21 (дата обращения: 01.06.2022). DOI: 10.1007/978-3-642-35680-3_21
[19] Lutsenko A.Y., Nazarova D.K., Slobodyanyuk D.M. Research the opportunities of passive aerodynamic stabilization of the launch vehicle fairing shells. AIP Conference Proceedings, 2019, vol. 2171 (1), art. ID 130012. URL: https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5133279 (дата обращения: 01.06.2022). DOI: 10.1063/1.5133279
[20] Kalugin V.T., Epikhin A.S., Chernukha P.A., Kalugina M.D. The effect of perforation on aerodynamic characteristics and the vortex flow field around a flat plate. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2021, vol. 1191, art. ID 012007. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/1191/1/012007/meta (дата обращения: 01.06.2022). DOI: 10.1088/1757-899X/1191/1/012007
[21] Калугин В.Т., Голубев А.Г. Экспериментальное исследование влияния перфорации тормозных щитков на аэродинамические характеристики цилиндрических тел при малых дозвуковых скоростях полета. Труды ХLII академических чтений по космонавтике. Москва, 23–26 января 2018 г., МГТУ им. Н.Э. Баумана. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018, с. 256.
[22] Бельчихина А.А., Долженко Н.Н., Дубов Ю.Б. Аэродинамические характеристики плоских пластин различных форм в плане на углах атаки от нуля до 85º. Труды ЦАГИ, вып. 233. Москва, 1987, c. 3–8.