cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2020-23-6-101-120caht-1770Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION, ROCKET AND SPACE TECHNOLOGYПовышение эффективности механизации стреловидного крылаIncrease in high-lift devices efficiency of swept wingМихайловЮ. С.MikhailovYu. S.

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник,

г. Жуковский

Candidate of Technical Sciences, Leading Research Fellow,

Zhukovsky

mikh47@yandex.ruЦентральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е. ЖуковскогоРоссияCentral Aerohydrodynamic InstituteRussian Federation202031122020236101120Copyright © Михайлов Ю.С., 20202020Михайлов Ю.С.Mikhailov Y.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1770

Для самолетов со стреловидными крыльями, совершающих полет на трансзвуковых скоростях, использование закрылков Фаулера и щелевых предкрылков является общепринятым решением увеличения подъемной силы крыла на режимах взлета и посадки. В литературе это решение известно как классический вариант механизации крыла. В настоящей работе представлены результаты численных и экспериментальных исследований некоторых решений, предназначенных для повышения эффективности классического варианта механизации. Концепция механизации задней кромки, именуемая «Адаптивный закрылок», рассмотрена как способ улучшения аэродинамических характеристик самолета на режимах взлета и посадки. Интеграция отклоняемого вниз спойлера с выдвижением закрылка позволяет повысить максимальный угол отклонения закрылка в посадочной конфигурации и значение коэффициента подъемной силы на линейном участке, соответственно. Во взлетной конфигурации увеличение аэродинамического качества возможно за счет уменьшения отклонения адаптивного закрылка при сохранении подъемной силы крыла. Для эффективной защиты передней кромки крыла от раннего отрыва потока на больших углах атаки использован щелевой щиток Крюгера удобообтекаемой геометрии. Предварительное проектирование усовершенствованного варианта механизации включало определение аэродинамической формы и положения механизации на режимах взлета и посадки. Аэродинамический анализ характеристик выполнен с использованием двумерных методов расчета высоконесущей системы в рамках осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса. Проведено сравнение результатов проектирования классического и усовершенствованного вариантов механизации, показавшее преимущество последнего в аэродинамических характеристиках. Результаты весовых испытаний модели самолета с адаптивной механизацией задней кромки крыла в аэродинамической трубе подтвердили ее эффективность.

The use of Fowler flaps and slotted slats in sweptwing aircraft is the standard solution to increase wing lift at take off and landing. In the literature this solution is known as a classical option of high-lift system of commercial subsonic aircraft. The results of numerical and experimental studies of some solutions intended to increase the efficiency of classical high-lift devices are presented. The concept of the trailing-edge devices called "the adaptive flap" is considered as a way to improve flap efficiency. The adaptive concept is characterized by the integration of spoiler downward deflection to the Fowler flap function. Integration of the spoiler with a movable flap provided an increase of lift in the linear region due to flaps deflected to a higher angle. The steeper upwash angle at a leading-edge device may be the reason of an early stall of the main wing. To protect the leading edge a slotted Kruger flap with streamline form has been used. Preliminary design of classical and improved high-lift systems included the determination of aerodynamic shapes and the optimized position for the high-lift devices. Aerodynamic analysis and design were carried out using 2D RANS Navier-Stokes method. A comparison of computed results has shown visible aerodynamic advantages of an improved high-lift system for maximum lift coefficient and refining the behavior of stall characteristics at high angles of attack. The results of wind tunnel tests of aircraft model with adaptive flap showed its effectiveness.

механизация крылаадаптивный закрылокщиток Крюгерааэродинамическое проектированиеэкспериментальные исследованияhigh-lift devicesadaptive flapKruger deviceaerodynamic design experimental studiesReferencesRudolph P.K.C. High-lift system of commercial subsonic airlines. Seattle, WA United States, 1996. 166 p.Rudolph, P.K.C. (1996). High-lift System of Commercial Subsonic Airlines. Seattle, WA United States, 166 p.Reckzeh D. Aerodynamic design of airbus aerodynamic design high-lift wings // DLR Ehemaligentreffen Braunschweig, 17 June 2005. 24 p.Reckzeh, D. (2005). Aerodynamic design of airbus aerodynamic design high-lift wings. DLR Ehemaligentreffen Braunschweig, 24 p.Antunes A.P., Galdino R.S., Azevedo J.L. A study of transport aircraft high-lift design approaches // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2007. 18 p. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2007-38Antunes, A.P., Galdino, R.S. and Azevedo, J.L. (2007). A study of transport aircraft high-lift design approaches. 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 18 p. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2007-38Szodruch J., Hilbig R. Variable wing camber for transport aircraft // Progress in Aerospace Sciences. 1988. Vol. 25, iss. 3. Pp. 297–328. DOI: https://doi.org/10.1016/0376-0421(88)90003- 6Szodruch, J. and Hilbig, R. (1988). Variable wing camber for transport aircraft. Progress in Aerospace Sciences, vol. 25, issue 3, pp. 297–328. DOI: https://doi.org/10.1016/0376-0421(88)90003-6Михайлов Ю.С., Степанов Ю.Г., Хозяинова Г.В. Применение адаптивной механизации для уменьшения сопротивления профилей и крыльев на околозвуковых скоростях // Труды ЦАГИ. 1990. № 2462. С. 3–21.Mihajlov, Yu.S., Stepanov, Yu.G. and Hozyainova, G.V. (1990). Primeneniye adaptinoy mekhanizatsii dlya umensheniya soprotivleniya profiley i krylev na okolozvukovykh skorostyakh [Employment of adaptive mechanization for drag reduction on airfoil and wings at transonic speed]. Trudy TsAGI, no. 2462, pp. 3–21. (in Russian)Петров А.В., Степанов Ю.Г., Юдин. Г.А. Аэродинамика взлетно-посадочной механизации // ЦАГИ: основные этапы научной деятельности 1968-1993: сб. науч. ст. М.: Наука, 1995. С. 49–59.Petrov, A.V., Stepanov, Yu.G. and Yudin, G.A. (1995). Aerodinamika vzletnoposadochnoy mekhanizatsii [Aerodynamics of takeoff and landing mechanization]. TsAGI: osnovnyye etapy nauchnoy deyatelnosti 1968-1993: sbornik nauchnykh statey. Moscow: Nauka, pp. 49–59. (in Russian)Hansen H. Application of mini-trailing-edge devices in the awiator project. Airbus Deutschland, EGAG, Bremen, Germany, Jan. 2003, 19 p.Hansen, H. (2003). Application of mini-trailing-edge devices in the awiator project. Airbus Deutschland, EGAG, Bremen, Germany, 19 p.Nelson T. 787 Systems and Performance [Электронный ресурс] // Boeing. 2005. 36 p. URL: http://www.myhres.com/Boeing-787-Systems-and-Performance.pdf (дата обращения 14.10.2020).Nelson, T. (2005). 787 Systems and Performance. Boeing, 36 p. Available at: http://www.myhres.com/Boeing-787-Systems-and-Performance.pdf (accessed 14.10.2020).Reckzeh D. Multifunctional wing moveables: design of the A350XWB and the way to future concepts // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2014. 10 p.Reckzeh, D. (2014). Multifunctional wing moveables: design of the A350XWB and the way to future concepts. 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS, 10 p.Schindler К. Aerodynamic design of high-lift devices for civil transport aircraft using RANS CFD / К. Schindler, D. Reckzeh, U. Scholz, A. Grimminger // 28th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 2010. 9 p. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2010-4946Schindler, К., Reckzeh, D., Scholz, U. and Grimminger, A. (2010). Aerodynamic design of high-lift devices for civil transport aircraft using RANS CFD. 28th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 9 p. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2010-4946Omar E. Two-dimensional wind-tunnel tests of a NASA supercritical airfoil with various high-lift systems / E. Omar, T. Zierten, M. Hahn, E. Szpizo, A. Mahal. Volume II-Test Data. NASA CR-2215, 1973. 232 p.Omar, E., Zierten, T., Hahn, M., Szpizo, E. and Mahal, A. (1973). Two-dimensional wind-tunnel tests of a NASA supercritical airfoil with various high-lift systems. Volume II-Test Data. NASA CR-2215, 232 p.Михайлов Ю.С. Развитие классических конфигураций механизации стреловидного крыла // Сборник докладов XII международной научной конференции по амфибийной и безаэродромной авиации. «Гидроавиасалон-2018». Геленджик, 6-7 сентября 2018 г. С. 125–133.Mihajlov, Yu.S. (2018). Razvitiye klassicheskikh konfiguratsiy mekhanizatsii strelovidnogo kryla [Evolution of classical mechanization version for swept wing]. Sbornik dokladov XII mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii po amfibiynoy i bezaerodromnoy aviatsii [Proceedings of the XII international scientific conference on amphibious and airplane with no need of airfields]. Hydroaviasalon 2018, pp. 125–133 (in Russian).Hovelmann A. Aerodynamic investigations of noise-reducing high-lift systems for passenger transport aircraft. KTH Registration Number: 860428-A553 // Institute of Aerodynamics and Flow Technology. German Aerospace Center, Braunschweig, 2011. 98 p.Hovelmann, A. (2011). Aerodynamic investigations of noise-reducing high-lift systems for passenger transport aircraft. KTH Registration Number: 860428-A553. Institute of Aerodynamics and Flow Technology. German Aerospace Center, Braunschweig, 98 p.Беляев И.В. Влияние шевронов на шум предкрылка прямого и стреловидного крыла / И.В. Беляев, М.Я. Зайцев, В.Ф. Копьев, М.А. Миронов // Акустический журнал. 2012. Т. 58, № 4. C. 450–458.Zaitsev, M.Yu., Belyaev, I.V., Kopiev, V.F. and Mironov, M.A. (2012). An experimental study of reducing narrowband noise of a slat using chevrons. Acoustical Physics, vol. 58, no. 4, pp. 411–419. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.