<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">caht</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Научный вестник МГТУ ГА</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Civil Aviation High Technologies</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2079-0619</issn><issn pub-type="epub">2542-0119</issn><publisher><publisher-name>Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.26467/2079-0619-2024-27-5-51-69</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">caht-2433</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МАШИНОСТРОЕНИЕ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>MECHANICAL ENGINEERING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Сокращение дистанций взлета и посадки региональных турбовинтовых самолетов</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Reducing take-off and landing distances for regional turboprop aircraft</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Михайлов</surname><given-names>Ю. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Mikhailov</surname><given-names>Yu. S.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Михайлов Юрий Степанович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ЦАГИ, </p><p>г. Жуковский.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Yuri S. Mikhailov, Candidate of Technical Sciences, Chief Researcher,</p><p>Zhukovsky.</p></bio><email xlink:type="simple">mikh47@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Central Aerohydrodynamic Institute (TsAGI)</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>02</day><month>11</month><year>2024</year></pub-date><volume>27</volume><issue>5</issue><fpage>51</fpage><lpage>69</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Михайлов Ю.С., 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Михайлов Ю.С.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Mikhailov Y.S.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2433">https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2433</self-uri><abstract><p>Повышенная эффективность турбовинтовых двигателей в крейсерском полете, а также небольшие эксплуатационные расходы определили экономическую целесообразность применения региональных винтовых самолетов для перевозки 40–80 пассажиров на коротких маршрутах в пределах одной страны или близлежащих регионов (например, в России). Аэродинамические требования к характеристикам региональных самолетов, определяемые из типичных миссий полета для российского и европейского рынков, заметно отличаются по дальности и условиям базирования. Типичная дальность полета в Европе составляет около 800 км, в то время как в России возрастает до 1500 км вследствие ограниченного количества эксплуатируемых аэропортов и аэродромов. Ограничением по условиям базирования является длина взлетно-посадочной полосы (ВПП) 1 300 м (класс аэродромов Г) для самолетов с максимальной взлетной массой и 1 000 м (класс Д) с полезной нагрузкой до 70 % от максимального значения. Также существенным требованием в России является возможность взлета и посадки с грунтовых ВПП. Последнее приводит к усложнению конструкции и увеличению веса планера, а также необходимости повышения несущих свойств крыла. Большинство эксплуатируемых европейских региональных самолетов ранее не имели жестких ограничений по условиям базирования, и их взлетно-посадочные характеристики не были активными ограничениями при формировании компоновок крыла. Однако наблюдаемый в последнее время растущий спрос на воздушные перевозки приводит к существенному увеличению нагрузки на узловые аэропорты и, как следствие, к задержке многих рейсов. Одним из возможных способов решения этой проблемы является разгрузка крупных аэропортов за счет переноса обслуживания региональных самолетов на близлежащие пригородные аэродромы. Это потребует как модернизации существующих аэропортов, так и разработки нового поколения самолетов с короткими дистанциями взлета и посадки (КВП). Разработка самолетов КВП, способных связывать пригородные аэропорты и небольшие населенные пункты, ведется уже в течение многих лет. Характеристики КВП могут быть обеспечены как за счет разработки эффективной системы механизации с повышенным уровнем несущих свойств, так и снижения нагрузки на крыло. Снижение нагрузки на крыло, часто используемое в переходной категории легких самолетов, приводит к ухудшению крейсерских характеристик и повышению чувствительности к атмосферной турбулентности, особенно на малых высотах полета. Последнее затрудняет отслеживание траектории конечного этапа захода на посадку при управлении углом тангажа посредством отклонения руля высоты. Поэтому более предпочтительным и чаще рассматриваемым вариантом сокращения взлетно-посадочных дистанций коммерческих самолетов является повышение несущих свойств крыла в сочетании с набором дополнительных технических решений. Значительные успехи в применении численных методов для разработки механизации стреловидного крыла магистральных самолетов с высоким уровнем несущих свойств (Cymax ≈ 3), включающей выдвижной закрылок Фаулера и трехпозиционный предкрылок, позволяют использовать аналогичный подход к проектированию механизации крыла новых региональных самолетов. С учетом специфики эксплуатации самолетов на пригородных аэродромах рассмотрен комплекс технических решений, предназначенных как для увеличения несущих свойств крыла при малых скоростях полета, так и дополнительных мер для сокращения посадочной дистанции. Приведены результаты расчетных и экспериментальных исследований предложенных технических решений с оценкой эффективности их применения на региональном самолете типа ATR 42-600.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The increased efficiency of turboprop engines in cruising flight as well as low operating costs have determined the economic feasibility of using regional propeller-driven aircraft to transport 40–80 passengers on short routes within one country or connecting two nearby regions (for example, in Russia). The aerodynamic performance requirements for regional aircraft, determined from typical flight missions for the Russian and European markets differ greatly in range and required runway lengths. The typical flight range in Europe is about 800 km, while in Russia it increases to 1500 km due to the limited number of airports and aerodromes in operation. The limitation on runway length is 1300 m (airfield class G) for aircraft with a maximum take-off weight and 1000 m (class D) with a payload of up to 70% of the maximum value. The ability to take off and land from unpaved runways is also an essential requirement in Russia. This leads to a more complex design and an increase in the weight of the airframe, as well as to the need to increase the wing lift. Most of the operating European regional aircraft previously did not have tight restrictions on runway lengths and their takeoff and landing characteristics were not active constraints when forming wing configurations. However, the recently observed growing demand for air travel leads to a significant increase in the load on hub airports and, as a result, to the delay of many flights. One of the possible ways to solve this problem is to relieve the major hub airports by transferring regional aircraft service to nearby local airports. This will require both the modernization of existing airports and the development of a new generation of aircraft with short takeoff and landing distances (STOL). The development of STOL aircraft which are capable of connecting local airports and small towns has been conducted for many years. The STOL performance can be achieved by both developing an effective high-lift system with increased lift effectiveness and wing load alleviation. Wing load alleviation, often used in the light aircraft transitional category, leads to deterioration of cruising performance and increased sensitivity to atmospheric turbulence, especially at low altitudes. This makes difficult to track the final approach paths when controlling the pitch angle by deflecting the elevator. Therefore, a more preferable and more often considered option to reduce takeoff and landing distances of commercial airplanes is the increase of lift performance in combination with a set of additional technical solutions. Significant advances in the application of computational techniques for the development of swept wing high lift devices for long-haul aircraft with high lifting properties (Cymax ≈ 3), including a retractable Fowler flap and a three-position slat, make it possible to use a similar approach to the design of high-lift system for new regional aircraft. Taking into account the specifics of aircraft operation at local aerodromes, a complex of technical solutions has been considered to increase wing lift at low flight speeds, as well as additional measures to reduce the landing distance. The results of computational and experimental studies of the proposed technical solutions are presented with an assessment of the effectiveness of their use on a regional aircraft of the ATR 42-600 type.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>региональный самолет</kwd><kwd>проектирование высоконесущего крыла</kwd><kwd>управление подъемной силой</kwd><kwd>крутая глиссада</kwd><kwd>КВП</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>regional aircraft</kwd><kwd>high-lift wing design</kwd><kwd>lift control</kwd><kwd>steep glide path</kwd><kwd>STOL</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Schoenberg A. Turboprop market report. Exploring future technology [Электронный ресурс] // TrueNoord, June 2023. URL: https://www.truenoord.com/turboprop-market-report-2023/ (дата обращения: 07.12.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Schoenberg, A. (2023). Turboprop market report. Exploring future technology. TrueNoord, June. Available at: https://www.truenoord.com/turboprop-market-report-2023/ (accessed: 07.12.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Vecchia P.D. Development of methodologies for the aerodynamic design and optimization of new regional turboprop aircraft: Doctoral Thesis. Naples: University of Naples FEDERICO II, 2013. 229 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vecchia, P.D. (2013). Development of methodologies for the aerodynamic design and opti-mization of new regional turboprop aircraft: Doctoral Thesis. Naples: University of Naples FEDERICO II, 229 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hahn A.S. A conceptual design of a short takeoff and landing regional jet airliner [Электронный ресурс] // NASA, 9 p. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20100003051/downloads/20100003051.pdf (дата обращения: 07.12.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hahn, A.S. A conceptual design of a short takeoff and landing regional jet airliner. NASA, 9 p. Available at: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20100003051/downloads/20100003051.pdf (accessed: 07.12.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Heinemann P. Conceptual studies of a transport aircraft operating out of inner-city airports / P. Heinemann, M. Schmidt, F. Will, M. Shamiyeh, C. Jeftberger, M. Hornung [Электронный ресурс] // Conference: Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK). Germany, Braunschweig, 2016. URL: https://www.researchgate.net/publication/308208136_Conceptual_Studies_of_a_Transport_Aircraft_Operating_out_of_Inner-City_Airports (дата обращения: 07.12.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Heinemann, P., Schmidt, M., Will, F., Shamiyeh, M., Jeftberger, C., Hornung, M. (2016). Conceptual studies of a transport aircraft operating out of inner-city airports. In: Conference: Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK). Germany, Braunschweig. Available at: https://www.researchgate.net/publication/308208136_Conceptual_Studies_of_a_Transport_Aircraft_Operating_out_of_Inner-City_Airports (accessed: 07.12.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Karpov A.E. Development of top-level requirements for regional aircraft based on the needs of the Russian market / A.E. Karpov, B.G. Nesterenko, M.A. Ovdienko, A.N. Varyukhin, A.V. Vlasov [Электронный ресурс] // 10th EASN International Conference on Innovation in Aviation &amp; Space to the Satisfaction of the European Citizens (10th EASN 2020), 2–5 September 2020. Vol. 1024. ID: 012070. DOI: 10.1088/1757-899X/1024/1/012070 (дата обращения: 07.12.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Karpov, A.E., Nesterenko, B.G., Ov¬dienko, M.A., Varyukhin, A.N., Vlasov, A.V. (2020). Development of top-level requirements for regional aircraft based on the needs of the Russian market. In: 10th EASN International Conference on Innovation in Aviation &amp; Space to the Satisfaction of the European Citizens (10th EASN 2020), September 2–5, vol. 1024. ID: 012070. DOI: 10.1088/1757-899X/1024/1/012070 (accessed: 07.12.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Петров А.В. Аэродинамика транспортных самолетов короткого взлета и посадки с энергетическими системами увеличения подъемной силы. М.: Инновационное машиностроение, 2018. 736 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Petrov, A.V. (2018). Aerodynamics of transport aircraft for short takeoff and landing with lift augmentation systems. Moscow: Innovatsionnoye mashinostroyeniye, 736 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">May F., Widdison C.A. STOL High-Lift design study. Vol. I. State-of-the-art review of STOL aerodynamic technology. Publisher: PN, 1971. 205 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">May, F., Widdison, C.A. (1971). STOL High-Lift design study. Vol. I. State-of-the-art review of STOL aerodynamic technology. Publisher: PN, 205 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Rudolph P.K.C. High-Lift systems on commercial subsonic airliners // NASA Contractor Report 4746, 1996. 166 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rudolph, P.K.C. (1996). High-Lift systems on commercial subsonic airliners. NASA Contractor Report 4746, 166 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Raymer D.P. Aircraft design: a conceptual approach. Published by: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1992. 760 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Raymer, D.P. (1992). Aircraft design: a conceptual approach. Published by: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 760 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Михайлов Ю.С., Потапчик А.В. Грачева Т.Н. Аэродинамический профиль крыла регионального самолета. Патент № RU 2792363 C1, МПК В64С3/14: опубл. 21.03.2023, 11 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mikhailov, Yu.S., Potapchik, A.V. Gracheva, T.N. (2023). Airfoil of a regional aircraftwing. Patent RU no. 2792363 C1, IPC b64C3/14: publ. March 21, 11 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sobieczky H. Parametric Airfoil and Wings. Parametric airfoil and wings. In book: Recent development of aerodynamic design methodologies. Notes on numerical fluid mechanics (NNFM), 1999. Vol. 65. Pp. 71–88. DOI: 10.1007/978-3-322-89952-1_4</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sobieczky, H. (1999). Parametric airfoil and wings. In book: Recent development of aerodynamic design methodologies. Notes on numerical fluid mechanics (NNFM), vol. 65, pp. 71–88. DOI: 10.1007/978-3-322-89952-1_4</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Волков А.В., Ляпунов С.В. Метод расчета трансзвукового обтекания профиля с учетом изменения энтропии на скачках уплотнения // Ученые записки ЦАГИ. 1993. Т. 24, № 1. C. 3–11.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Volkov, A.V., Lyapunov, S.V. (1993). Method for calculating transonic flow around an airfoil with consideration of the entropy change at shock waves. Uchenyye zapiski TsAGI, vol. 24, no. 1, pp. 3–11. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Петров А.В., Степанов Ю.Г., Юдин Г.А. Аэродинамика взлетно-посадочной механизации крыла // ЦАГИ: основные этапы научной деятельности 1968–1993: сборник научных статей. М.: Наука, 1996. С. 49–59.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Petrov, A.V., Stepanov, Yu.G., Yudin, G.A. (1996). Aerodynamics of takeoff and landing wing mechanization. In: TsAGI: osnovnyye etapy nauchnoy deyatelnosti 1968–1993: sbornik nauchnykh statey. Moscow: Nauka, pp. 49–59. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Nelson T. 787 Systems and performance [Электронный ресурс] // Boeing. 2005. 36 p. URL: https://www.myhres.com/Boeing-787-Systems-and-Performance.pdf (дата обращения: 07.12.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nelson, T. (2005). 787 Systems and performance. Boeing, 36 p. Available at: https://www.myhres.com/Boeing-787-Systems-and-Performance.pdf (accessed: 07.12.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Reckzeh D. Multifunctional wing moveables: design of the A350XWB and the way to future concepts [Электронный ресурс] // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS, 2014. 10 p. URL: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2014/data/papers/2014_0133_paper.pdf (дата обращения: 07.12.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Reckzeh, D. (2014). Multifunctional wing moveables: design of the A350XWB and the way to future concepts. In: 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS, 10 p. Available at: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2014/data/papers/2014_0133_paper.pdf (accessed: 07.12.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Михайлов Ю.С. Повышение эффективности механизации стреловидного крыла // Научный Вестник МГТУ ГА. 2020. Т. 23, № 6. C. 101–120. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-6-7101-120</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mikhailov, Yu.S. (2020). Increase in high-lift devices efficiency of swept wing. Civil Aviation High Technologies, vol. 23, no. 6, pp. 101–120. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-6-7101-120 (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
