Влияние сквозной перфорации щитковых органов управления на аэродинамические характеристики сверхзвукового летательного аппарата
Опубликовано: 01.07.2026
Авторы: Калугина М.Д., Луценко А.Ю., Попов И.О.
Опубликовано в выпуске: #7(175)/2026
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов
В настоящее время на сверхзвуковые летательные аппараты (ЛА) все чаще устанавливают щитковые аэродинамические органы управления. Однако в области возле щитков возникает сложная структура течения, в частности, происходит срыв вихрей с их поверхности, который может привести к раскачке и повреждению ЛА. Одним из способов уменьшить вихреобразование является сквозная перфорация щитковых органов управления. Представлены три модели с различной степенью перфорации щитков, полученные с использованием программного пакета SolidWorksFlowSimulation. Приведены результаты численного моделирования обтекания цилиндроконических тел со щитковыми органами управления в кормовой части. Аэродинамические коэффициенты ЛА и структуры течения определены при числе Маха набегающего потока M = 2,06 в диапазоне углов атаки от 0 до 12°. Выявлено, что использование сквозной перфорации органов управления приводит к уменьшению длины отрывной зоны перед щитками, перераспределению давления по их поверхности, вытеснению вихревой структуры из области за щитками и ее сносу вниз по течению. Отмечено, что коэффициент продольной силы уменьшается, а коэффициент нормальной силы увеличивается по сравнению с соответствующим коэффициентом в случае сплошных щитков.
EDN IKKJKE
Литература
[1] Герасимов С.И., Каныгин И.И., Кикеев В.А., Герасимова Р.В., Тотышев К.В., Голубев В.К. Расчетно-экспериментальная визуализация сверхзвукового обтекания управляющих щитков на телах вращения сегментно-конической формы. Научная визуализация, 2014, № 3, с. 55–67.
[2] Власов О.Ю., Семенчиков Н.В. Исследование параметров обтекания тела вращения со щитком. Инженерный журнал: наука и инновации, 2018, вып. 12. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2018-12-1836
[3] Калугин В.Т. Аэрогазодинамика органов управления полетом летательных аппаратов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, 688 с.
[4] Голубев А.Г., Захарченко В.Ф., Калугин В.Т., Луценко А.Ю. Расчет АДХ тормозных и стабилизирующих устройств высокоскоростных ЛА. Оборонная техника, 1994, № 1, с. 5–10.
[5] Калугин В.Т., Луценко А.Ю., Столярова Е.Г. Моделирование процессов обтекания тормозных устройств летательных аппаратов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 1998, № 2, с. 51–52.
[6] Калугин В.Т., Луценко А.Ю., Столярова Е.Г. Экспериментальные исследования структур отрывного обтекания и аэродинамических характеристик тел вращения с тормозными и управляющими устройствами. Известия РАН. Механика жидкости и газа, 1999, № 5, с. 164–176.
[7] Kalugin V.T., Lutsenko A.Yu., Stolyarova E.G. Experimental study of the patterns of separated flow past bodies of revolution with drag and control devices and their aerodynamic properties. Fluid Dynamics, 1999, vol. 34, no. 5, pp. 745–754.
[8] Калугин В.Т., Луценко А.Ю., Столярова Е.Г. Аэродинамическая эффективность тормозных и управляющих устройств высокоскоростных летательных аппаратов различных назначений. Тезисы докладов науч.-техн. конф., посвященной 170-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. В 2 ч. Ч. 1. Москва, Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000, c. 141.
[9] Калугин В.Т., Луценко А.Ю., Столярова Е.Г. Аэродинамические характеристики щитковых органов управления, установленных на телах вращения, в условиях косой обдувки сверхзвуковым потоком газа. Тезисы докладов Междунар. науч.-техн. конф., посвященной 85-летию гражданской авиации России. Москва, МГТУ ГА, 2008, с. 119–120.
[10] Калугин В.Т., Чернуха П.А., Чин Ч.Х. Экспериментальное и математическое моделирование процесса обтекания летательных аппаратов с тормозными устройствами. Наука и образование, 2012, № 11, с. 217–232. DOI: 10.7463/1112.0489665
[11] Yilmaz B., Gorman G., Sparrow E. Flow impingement on a perforated plate at an angle of attack. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 2017, vol. 27 (1), pp. 1–21.
[12] Голубев А.Г., Столярова Е.Г., Калугина М.Д. Особенности обтекания перфорированных пластин дозвуковым потоком воздуха. Инженерный журнал: наука и инновации, 2020, вып. 5. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2020-5-1980
[13] 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 Conference Series: Materials Science and Engineering, 2021, vol. 1191. DOI: 10.1088/1757-899X/1191/ 1/012007
[14] Калугин В.Т., Луценко А.Ю., Калугина М.Д., Назарова Д.К., Слободянюк Д.М. Аэродинамические характеристики перфорированных органов управления летательных аппаратов при дозвуковых скоростях обтекания. Инженерный журнал: наука и инновации, 2022, вып. 8. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2022-8-2205
[15] Калугин В.Т., Киндяков Е.Б., Чернуха П.А. Особенности обтекания перфорированных устройств системы стабилизации грузов на внешней подвеске летательных аппаратов. Научный вестник МГТУ ГА, 2010, № 151, с. 23–27.
[16] Калугин В.Т., Чернуха П.А. HS-PIV метод экспериментального исследования нестационарного обтекания грузов на внешней подвеске с перфорированными стабилизирующими устройствами. Научный вестник МГТУ ГА, 2011, № 172, с. 49–53.
[17] 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). DOI:10.1063/1.5133279
[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.
[19] Калугин В.Т., Калугина М.Д., Луценко А.Ю., Назарова Д.К., Слободянюк Д.М. Использование перфорации стабилизирующих расширяющихся «юбок» для улучшения аэродинамических характеристик летательных аппаратов. Вестник Воронежского государственного технического университета, 2023, т. 19, № 3, с. 43–51.
[20] Калугин В. Т., Епихин А. С., Чернуха П. А. Исследование влияние перфорации для снижения пульсационных нагрузок, действующих на аэродинамические управляющие поверхности. Научный вестник МГТУ ГА, 2016, т. 19, № 1, с. 51–56.
[21] Епихин А.С., Калугин В.Т. Методы снижения и расчет нестационарных аэродинамических нагрузок при килевом бафтинге маневренного самолета. Математическое моделирование, 2017, т. 19, № 10, с. 35–44.
[22] 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. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018, с. 256.
[23] Калугин В.Т., Калугина М.Д., Луценко А.Ю., Назарова Д.К., Слободянюк Д.М. Особенности в аэродинамических характеристиках и структурах обтекания летательного аппарата с перфорированными стабилизирующими устройствами. Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики. Сборник трудов Междунар. науч. конф. Воронеж, ООО «Вэлборн», 2022, с. 1424–1431.
[24] Калугин В.Т., Луценко А.Ю., Столярова Е.Г. Аэродинамические перфорированные щитки. Вопросы исследования летной эксплуатации ВС в особых ситуациях. Межвузовский сборник научных трудов. Москва, МГТУ ГА, 1997, с. 85–89.