Методика проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования. Часть 1. Обоснование выбора геометрических размеров и расчет аэродинамических нагрузок на крыло

Одним из основных элементов силового каркаса авиалайнера является крыло, которое для обеспечения массовой эффективности изготавливают из полимерных композиционных материалов. Крылья из таких материалов конструируют на авиационных предприятиях в США, Франции, Великобритании, Италии, Германии, КНР и России. Однако работы по совмещенному проектированию с учетом конструктивно-силовой схемы и отдельных силовых элементов крыла имеют разрозненный характер. В связи с этим разработка методики проектирования крыла из полимерных композиционных материалов, объединяющая в себе обоснование конструктивно-силовой схемы и отдельных силовых элементов, является актуальной задачей. В работе представлена первая часть расчетов по предлагаемой методике — обоснование выбора геометрических параметров крыла и аэродинамических нагрузок на основе параметрического моделирования 12 геометрических моделей крыла, выполненных из полимерных композиционных материалов. Определено, что наименьшие аэродинамические нагрузки возникают у трапециевидного крыла с прямой стреловидностью, спрямленным участком и несимметричным аэродинамическим профилем.

Литература

[1] Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. Москва, Машиностроение, 2005. 406 с.

[2] Gay D., Hoa S.V., Tsai S.W. Composite Materials: Design and Applications. CRC, 2003. 562 p.

[3] Cummings R.M., Sch?tte A. Detached-Eddy Simulation of the Vortical Flow field about theVFE-2 Delta Wing. 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, 2008, AIAA Paper no. 2008–396, pp. 1–24.

[4] Barber T.J., Doig G., Beves C., Watson I., Diasinos S. Synergistic integration of computational fluid dynamics and experimental fluid dynamics for ground effect aerodynamics studies. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G. Journal of Aerospace Engineering, 2012, vol. 226, no. 6, pp. 602–619.

[5] Jameson A., Vassberg J.C., Shankaran S. Aerodynamic-Structural Design Studies of Low-Sweep Transonic Wings. 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, 2008, AIAA Paper no. 2008–145, 18 p.

[6] Schuhmacher G., Murra I., Wang L., Laxander A., O’Leary O.J., Herold M. Multidisciplinary Design Optimization Of A Regional Aircraft Wing Box. 9th AIAA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization, Multidisciplinary Analysis Optimization Conferences, Atlanta, 2002, AIAA Paper no. 2002–5406, pp. 1–10.

[7] Caixeta P.R., Marque S.F.D. Neural network meta model-based MDO for wing design considering aeroelastic constraints. 51st AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Orlando, 2010, AIAA Paper no. 2010–2762, pp. 1–10.

[8] Kumano T., Jeong S., Obayashi S., Ito Y., Hatanaka K., Morino H. Multidisciplinary Design Optimization of Wing Shape for a Small Jet Aircraft Using Kriging Model. 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, 2006, AIAA Paper no. 2006–932, pp. 1–13.

[9] Пилипенко А.А., Полевой О.Б., Приходько А.А. Численное моделирование влияния числа маха и угла атаки на режимы трансзвукового турбулентного обтекания аэродинамических профилей. Ученые записки ЦАГИ, 2012, т. 43, № 1, с. 3–21.

[10] Вождаев В.В., Косушкин К.Г., Миргазов Р.М. Расчет аэродинамических характеристик крыла с профилем САНР в условиях естественного ламинарно-турбулентного перехода. Научный Вестник МГТУ ГА, 2013, № 188, с. 92–98.

[11] Ушаков Б.А., Красильщиков П.П., Волков А.К. Атлас аэродинамических характеристик профилей крыльев. Москва, БНТ НКАП при ЦАГИ, 1940. 339 с.

[12] Кашафутдинов С.Т., Лушин В.Н. Атлас аэродинамических характеристик крыловых профилей. Новосибирск, СибНИА, 1994. 74 с.