МЕТОДИКА РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ ДВУХОБОЛОЧКОВЫХ ПЛАНИРУЮЩИХ ПАРАШЮТОВ

В настоящее время двухоболочковые планирующие парашюты (ДПП) находят достаточное широкое практическое применение, в том числе для решения транспортных задач. Двухоболочковый парашют представляет собой мягкое крыло, форма которого поддерживается скоростным напором в потоке, и является сложнейшей аэроупругой системой. Для определения аэродинамических характеристик такой системы необходимо привлечение методов нелинейной аэродинамики и нелинейной теории упругости, что обусловливает существенные вычислительные затруднения. В данной работе исследуются аэродинамические характеристики установившихся форм различных планирующих парашютов, предложена расчетно-экспериментальная методика их расчета. Показано, что замена объемного профиля ДПП его срединной поверхностью позволяет получать результаты, правильно отражающие качественные эффекты отрывного и безотрывного обтекания. Это приводит к предположению, что такая замена возможна и для получения данных об основных закономерностях обтекания парашютных крыльев конечного размаха. Данные по аэродинамическим характеристикам установившихся форм ДПП позволяют выявить закономерности их изменения в зависимости от раскройной формы парашюта, деформаций его поверхности, вызванных набегающим потоком или управляющими воздействиями. Для решения задачи об обтекании планирующего парашюта потоком воздуха используется метод дискретных вихрей с замкнутыми рамками, который позволяет вычислять аэродинамические характеристики парашютов. Рассматривается обтекание срединной поверхности установившейся формы двухоболочкового планирующего парашюта потоком идеальной несжимаемой жидкости. Проницаемость ткани парашюта не учитывается, т. к. верхнее и нижнее полотнища ДПП выполняются либо из слабо проницаемой, либо из непроницаемой ткани. При отрывном обтекании аэродинамические коэффициенты определяются путем усреднения по времени после расчета до его больших значений. Приводятся результаты расчетов. Показана возможность применения предложенной методики для расчета аэродинамических характеристик ДПП в диапазонах углов атаки до 10° и свыше 20° по упрощенной расчетной схеме с точностью около 10 %. В то же время выявлено, что с увеличением удлинения мягкого крыла важно учитывать его арочность для более точного определения аэродинамических характеристик. Предлагаемая методика может использоваться для оперативных оценок аэродинамических сил на этапе проектирования и при планировании трубного эксперимента. Полученные результаты могут оказаться полезными при проектировании ДПП, при постановке и проведении трубных экспериментов.

1. Nicolaides J.D. Parafoil Wind Tunnel Tests. Notre Damme Univ, June, 1997. AFFDL-TR70–146.

2. Uddin M. N., Mashud M. Wind Tunnel Test of a Paraglider (flexible) Wing Canopy // International Journal of Mechatronics Engineering IJMME-IJENS. 2010. № 10(3). Pp. 7–13.

3. Mashud M., Umemura A. Experimental Investigation on Aerodynamic Characteristics of a Paraglider Wing // The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. 2006. № 49(163). Pp. 9–17.

4. Hanke K., Schenk S. Evaluating the Geometric Shape of a Flying Paraglider // International Archives of the Photogrammetry. 2014. Vol. XL – 5. 265 p.

5. Belloc H. Wind Tunnel Investigation of a Rigid Paraglider Reference Wing // Journal of Aircraft. 2015. № 52(2). Pp. 703–708.

6. Рысев О.В. Парашютные системы / А.Т. Пономарев, М.И. Васильев, А.А. Вишняк, И.В. Днепров, Ю.В. Мосеев. М.: Наука, 1996. 288 с.

7. Lyalin V., Morozov V. Comparative Efficiency Analyses of the Parachute System for Space Vehicle Return Blocks // 18th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar. AIAA-2005-1682.

8. Lyalin V., Morozov V., Ponomarev A. Mathematical Modelling of Parachute Loading Taking into Account the Canopy Shape Changes // 18th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar. AIAA-2005-1676.

9. Апаринов А.А., Апаринов В.А., Сетуха А.В. Применение вихревых методов к задачам динамики парашютов // Труды XVI Международного симпозиума МЗДОЗМФ-2013. Харьков: ХНУ, 2013. С. 41–44.

10. Овчинников В.В. Методика расчета характеристик аэродинамического нагружения двухоболочковых планирующих парашютов // Аэроупругость и прочность летательных аппаратов: научно-методические материалы / под ред. Ю.В. Петрова. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. 2001. С. 30–35.

11. Писарев И.В., Сетуха А.В. Снесение граничного условия на срединную поверхность при численном решении краевой задачи линейной теории крыла // Выч. мет. программирования. 2014. Т.15, Вып. 1. С. 109–120.

12. Апаринов В.А., Дворак А.В. Метод дискретных вихрей с замкнутыми вихревыми рамками // Труды ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. 1986. № 1313. С. 424–433.

13. Белоцерковский С.М. Моделирование проницаемости в нелинейных задачах теории несущих и тормозящих поверхностей. Применение ЭВМ для исследования аэродинамических характеристик летательных аппаратов / А.Г. Васильченко, А.Т. Пономарев, В.И. Морозов // Труды ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. 1986. № 1313. С. 349–369.

14. Апаринов В.А., Дмитриев М.Л. Математическое моделирование отрыва потока с гладкой поверхности тела в рамках идеальной жидкости // Научные чтения, посвященные творческому наследию Н.Е. Жуковского: тезисы докладов. М.: ВВИА, 1997. С. 23–24.

15. Белоцерковский С.М. Математическое моделирование плоскопараллельного отрывного обтекания тел / В.Н. Котовский, М.И. Ништ, П.М. Федоров. М.: Наука, 1988. 309 с.