cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2021-24-5-76-88caht-1871Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION, ROCKET AND SPACE TECHNOLOGYАнализ взаимодействия воздушных винтов с планером легкого транспортного самолетаAnalysis of the propellers-airframe interaction of the light transport aircraftСтепановичМ. Ю.MikhailovYu. S.

Михайлов Юрий Степанович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

г. Жуковский

Yuriy S. Mikhailov, Candidate of Technical Sciences, Leading Research Worker

Zhukovsky

mikh47@yandex.ruЦентральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. ЖуковскогоРоссияCentral Aerohydrodynamic Institute (TsAGI)Russian Federation2021011120212457688Copyright © Степанович М.Ю., 20212021Степанович М.Ю.Mikhailov Y.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1871

В проектировании многодвигательных самолетов одной из важных тем является взаимодействие между воздушными винтами и элементами компоновки планера, особенно на режимах взлета и ухода на второй круг. Современные концепции винтовых самолетов в тянущей конфигурации характеризуются высокой дисковой нагрузкой и повышенным числом лопастей винта, используемых для увеличения крейсерской скорости и снижения чрезмерного шума. Первой проблемой, возникающей из-за высокой дисковой нагрузки, является прямое влияние сил на работающих винтах (тяга, нормальная сила) на устойчивость самолета, особенно на углах атаки, отличных от нулевого значения. Второй – высокоэнергетический уровень спутной струи винтов, оказывающий существенное косвенное влияние на аэродинамику, устойчивость и управляемость самолета. Это влияние связано прежде всего с взаимодействием спутной струи с другими элементами компоновки самолета. Сложность учета взаимной интерференции струй с крылом и другими элементами планера обусловило применение экспериментальных методов исследования проблем взаимодействия винтов и планера при разработке компоновок винтовых самолетов. Эта статья представляет анализ результатов экспериментальных исследований взаимодействия между работающими воздушными винтами и планером легкого двухдвигательного транспортного самолета. Аэродинамическая компоновка самолета выполнена по классической схеме с высокорасположенным крылом и палубным вариантом хвостового оперения. Механизация крыла представляет собой двухщелевой отклоняемый закрылок с фиксированным дефлектором. Трубные испытания модели в крейсерской, взлетной и посадочной конфигурациях проведены в малоскоростной трубе Т-102 ЦАГИ. Измерение сил и моментов, действующих на модель, выполнено шестикомпонентными внешними весами, измерение силы и моментов, действующих на воздушный винт, – тензовесами, установленными внутри мотогондол имитаторов силовой установки. Одновременное использование комбинации внешних и внутренних весов позволило определить прямой и косвенный вклад работающих воздушных винтов в продольные аэродинамические характеристики модели при изменении коэффициента нагрузки В в диапазоне от 0 до 2.

In the design of multi-engine aircraft, one of the important issues is the interaction between the propellers and airframe configuration components, especially in take-off and go-around procedure modes. Modern propeller-driven aircraft concepts in the pulling configuration are characterized by a high disk loading and an increased number of propeller blades used to increase cruising speed and reduce excessive noise. The first problem arising due to high disk loading is the direct impact of forces by operating propellers (thrust, normal force) on fixed-wing stability, especially at angles of attack different from a zero value. The second one involves a high-energy level of the propeller slipstream, having a significant indirect impact on the aircraft’s aerodynamics, stability and controllability. This impact is primarily associated with the interaction of propellers slipstream with other aircraft’s configuration elements. The complexity of taking into account the slipstream-wing interaction and other airframe components stipulated the application of experimental methods to study the problems of propellers – airframe interaction while designing propeller-driven aircraft configurations. This article presents an analysis of the experimental studies results of the operating propellers- airframe interaction for a light twin-engine transport aircraft. The aerodynamic aircraft’s configuration is executed using the conventional pattern of a high-wing and the carrier-on deck type empennage. The high-lift wing device is a fixed-vane doubleslotted flap. The wind-tunnel tests of the model in the cruising, takeoff and landing configurations were carried out in TsAGI lowspeed wind-tunnel T-102. Measurement of forces and moments, acting on the model, was performed by means of an external sixcomponent wind-tunnel balance. Measurement of forces and moments, acting on the propeller, was conducted using strain gauge weighers installed inside the engine nacelles of power plant simulators. The simultaneous combined use of external and internal balances allowed researchers to determine the direct and indirect contribution of operating propellers to the model longitudinal aerodynamic characteristics under variation of loading factor B ranging from 0 to 2.

аэродинамическая трубамодель винтового самолетавзаимодействие винтов с планеромwind tunnelpropeller-driven aircraft modelpropeller-airframe interactionReferencesGroeneweg J.F., Bober L.J. NASA advanced propeller research // NASA TM-101361, 1988. 35 p.Groeneweg, J.F. and Bober, L.J. (1988). NASA advanced propeller research. NASA TM101361, 35 p.Whitlow J.B., Sievers G.K. NASA advanced turboprop research and concept validation program // NASA TM-100891, 1988. 28 p.Whitlow, J.B. and Sievers, G.K. (1988). NASA advanced turboprop research and concept validation program. NASA TM-100891, 22 p.Balabuyev P. An-70 STOL aircraft characteristics at high angles of attack and take-off and landing characteristics / P. Balabuyev, O. Bogdanov, V. Kudryavtsev, V. Pustovoytov [Электронный ресурс] // 23rd International Congress of Aeronautical Sciences. ICAS, 2002. 6 p. URL: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2002/PAPERS/P1.PDF (дата обращения: 23.07.2021).Balabuyev, P., Bogdanov, O., Kudryavtsev, V. and Pustovoytov, V. (2002). An-70 STOL aircraft characteristics at high angles of attack and take-off and landing characteristics. 23rd International Congress of Aeronautical Sciences. ICAS, 6 p. Available at: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2002/PAPERS/P1.PDF (accessed: 23.07.2021).Reckzeh D. Aerodynamic design of the A400M high-lift system [Электронный ресурс] // 26th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences. ICAS, 2008. 8 p. URL: http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2008/PAPERS/362.PDF (дата обращения: 23.07.2021).Reckzeh, D. (2008). Aerodynamic design of the A400M high-lift system. 26th Congress of The International Council of the Aeronautical Sciences. ICAS, 8 p. Available at: http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2008/PAPERS/362.PDF (accessed: 23.07.2021).Петров А.В. Аэродинамика транспортных самолетов короткого взлета и посадки с энергетическими системами увеличения подъемной силы. М.: Инновационное машиностроение, 2018. 736 с.Petrov, A.V. (2018). Aerodinamika transportnykh samoletov korotkogo vzleta i posadki s energeticheskimi sistemami uvelicheniya poyemnoy sily [Aerodynamics of short takeoff and landing of cargo aircraft with power systems for increasing lift]. Moscow: Innovatsionnoye mashinostroyeniye, 736 p. (in Russian)Austin R. Unmanned aircraft systems: UAVS design, development and deployment. Publisher: John Wiley & Sons Ltd, 2010. 372 p.Austin, R. (2010). Unmanned aircraft systems: UAVS design, development and deployment. Wiley & Sons Ltd, 372 p.Červinka J. Simulation of propeller effect in wind tunnel / J. Červinka, R. Kulhánek, Z. Pátek, V. Kumar [Электронный ресурс] // 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences. ICAS, 2016. 6 p. URL: http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2016/data/papers/2016_0593_paper.pdf (дата обращения: 23.07.2021).Červinka, J., Kulhánek, R., Pátek, Z. and Kumar, V. (2016). Simulation of propeller effect in wind tunnel. 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences. ICAS, 6 p. Available at: http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2016/data/papers/2016_0593_paper.pdf (accessed: 23.07.2021).Petrov A.V., Stepanov Y.G., Shmakov M.V. Development of a technique and method of testing aircraft models with turboprop engine simulators in a small-scale wind tunnel – Results of tests // Acta Polytechnica. 2004. Vol. 44, no. 2. P. 27–31. DOI: 10.14311/530Petrov, A.V., Stepanov, Y.G. and Shmakov, M.V. (2004). Development of a technique and method of testing aircraft models with turboprop engine simulators in a small-scale wind tunnel – Results of tests. Acta Polytechnica, vol. 44, no. 2, p. 27–31. DOI: 10.14311/530Pope A., Barlow J.B., Rae W.H. Low-speed wind tunnel testing. 3rd ed. John Wiley & Sons Inc., 1999. 728 p.Pope, A., Barlow, J.B. and Rae, W.H. (1999). Low-speed wind tunnel testing. 3rd ed. John Wiley & Sons Inc., 728 p.Drela M., Youngren H. XFOIL 6.9 user primer [Электронный ресурс] // XFOIL Subsonic Airfoil Development System. 2011. URL: http://web.mit.edu/drela/Public/web/xfoil/ (дата обращения: 12.08.2021).Drela, M. and Youngren, H. (2011). XFOIL 6.9 user primer. XFOIL Subsonic Airfoil Development System. Available at: http://web.mit.edu/drela/Public/web/xfoil/ (accessed: 12.08.2021).Raymer D. Aircraft design: A conceptual approach. 2nd ed. AIAA Education Series. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1992. 729 p.Raymer, D. (1992). Aircraft Design: A Conceptual Approach. 2nd ed. AIAA Education Series, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 729 p.

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