Разработка и апробация методики численного моделирования аэроупругого состояния крыла на основе методов конечных элементов и контрольных объемов
Авторы: Гунчин В.К., Больших А.А., Устинов Б.Е.
Опубликовано в выпуске: #7(139)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-7-2291
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Рассмотрено актуальное направление в области проектирования элементов конструкции современных авиалайнеров. На начальных этапах проектирования особый интерес представляет прежде всего расчет аэродинамических нагрузок, действующих на самолет в полете. На основе экспериментальных данных была разработана CAD-модель и построены расчетная сетка для CFD-решателя и конечно-элементная модель. Предложена методика по определению внешних нагрузок на планер, основанная на связанном решении динамических моделей аэродинамики и прочности. С ее применением фактически реализуется поочередный обмен данными между решателями, что позволяет смоделировать различные периодические процессы, включая колебания конструкции. Исследованы аэродинамические характеристики и собственные формы крыла под нагрузкой на примере расчетного повторения продувки крыла в криогенной аэродинамической трубе. Полученные результаты свидетельствуют о применении разработанной методики при трансзвуковых скоростях, а также возможности о хорошей сходимости результатов математического моделирования с экспериментальными данными.
Литература
[1] Еремин В.П., Больших А.А. Применение метода параметрической оптимизации в задачах проектирования пассажирских авиалайнеров. Инженерный журнал: наука и инновации, 2020, вып. 10 (106), с. 3. https://doi.org/10.18698/2308-6033-2020-10-2022
[2] Duan J., Zhang Z. An efficient method for nonlinear flutter of the flexible wing with a high aspect ratio. Aerospace Systems, 2018, no. 1, рр. 49–62.
[3] Парафесь С.Г., Туркин И.К. Актуальные задачи аэроупругости и динамики конструкций высокоманевренных беспилотных летательных аппаратов. Москва, Изд-во МАИ, 2016, 184 с.
[4] Карклэ П.Г., Малютин В.А., Мамедов О.С., Поповский В.Н., Смотров А.В., Смыслов В.И. О современных методиках наземных испытаний самолетов в аэроупругости. Тр. ЦАГИ, вып. 2708. Москва, 2021, с. 1–35.
[5] Мензульский С.Ю., Бура Р.В. Расчет динамических аэроупругих характеристик сверхзвукового летательного аппарата. XLI Академические чтения по космонавтике. Секция 22 имени академика В.Н. Челомея. Сб. тезисов. Москва 24–27 января 2017 г. Москва, 2017, с. 512.
[6] Verri A.A., Morais K.C., Bussamra F.L., Becker G.G., Cesnik C.E. Static loads evaluation in a flexible aircraft using high fidelity fluid–structure iteration tool (E2-FSI). 31st Congress of the international council of the aeronautical sciences, 2018. URL: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2018/data/papers/ICAS2018_0702_paper.pdf (дата обращения 12.05.2023).
[7] Ballmann J., Boucke A., Chen B., Reimer L., Reime L., Behr M., Behr M., Dafnis A., Buxe C., Buesing S., et al. Aero-structural wind tunnel experiments with elastic wing models at high Reynolds numbers (HIRENASD-ASDMAD). In: Proceedings of the 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. Orlando, FL, USA, 4–7 January 2011, p. 882. https://doi.org/10.2514/6.2011-882
[8] Reimer L., Braun C., Chen B.H., Ballmann J. Computational Aeroelastic Design and Analysis of the HIRENASD Wind Tunnel Wing Model and Tests. In: Proceedings of the International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics (IFASD). Stockholm, Sweden, 18–21 June 2007, pp. 17–20.
[9] Hassan D., Ritter M. Assessment of the ONERA/DLR numerical aeroelastics prediction capabilities on the HIRENASD configuration. In: Proceedings "IFASD 2011". IFASD 2011 — 15th International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics, 26–30 June 2011, Paris, Frankreich.
[10] Mueller A., Zhelzov S. HIRENASD: Validations. In: 1st AIAA Aerolastic Prediction Workshop. April 2012, Honolulu, HI (Associated with the 28th AIAA SDM Conference).