Влияние арочности парашютного крыла на его аэродинамические характеристики

Двухоболочковые планирующие парашюты (ДПП) находят широкое практическое применение, в том числе для решения задач грузоперевозки. Данный парашют является мягким крылом, форма которого поддерживается набегающим потоком воздуха. С точки зрения расчета и анализа аэродинамических характеристик в процессе эксплуатации ДПП является сложнейшей аэроупругой системой. Вычисление аэродинамических характеристик такой системы возможно только с привлечением методов нелинейной аэродинамики и нелинейной теории упругости. В данной работе исследуются аэродинамические характеристики установившихся геометрических форм различных планирующих парашютов с учетом их арочности как по хорде, так и по размаху. При этом объемный профиль парашюта моделируется его срединной поверхностью. Проведенные авторами исследования показали, что такая аэроупругая модель ДПП позволяет получать результаты, правильно отражающие качественные эффекты отрывного и безотрывного обтекания. Для решения задачи об обтекании планирующего парашюта потоком воздуха с учетом его арочности используется метод дискретных вихрей с замкнутыми рамками, который позволяет вычислять аэродинамические характеристики парашютов в широком диапазоне углов атаки, а также имеется возможность моделирования отрыва потока. Рассматривается обтекание срединной поверхности установившейся формы двухоболочкового планирующего парашюта потоком идеальной несжимаемой жидкости. Проницаемость ткани парашюта не учитывается, так как 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 аэродинамических характеристик ДПП при различном значении его арочности как при безотрывном обтекании, так и при наличии отрывов. Получены расчетные коэффициенты, позволяющие учесть влияние арочности парашюта на его аэродинамические характеристики. Предлагаемая методика может использоваться для оперативных оценок аэродинамических сил на этапе проектирования и при планировании трубного эксперимента.

1. Nicolaides J.D. Parafoil wind tunnel tests. Technical Rept. AFFDL TR-70-146. University of Notre Dame, June 1971. 206 p. DTIC_AD0731564

2. Boffadossi M., Savorgnan F. Analysis on aerodynamic characteristics of a paraglider airfoil // Aerotecnica Missili & Spazio. 2016. Vol. 95, iss. 4. P. 211–218. DOI: 10.1007/BF03404729

3. Kulhanek R. Identification of a degradation of aerodynamic characteristics of a paraglider due to its flexibility from flight test // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2019. Vol. 91, no. 6. P. 873–879. DOI: 10.1108/AEAT-06-2018-0162

4. Wannan W., Qinglin S., Shuzhen L. and others. Accurate calculation of aerodynamic coefficients of parafoil airdrop system based on computational fluid dynamic // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2018. Vol. 15, iss. 2. P. 1–16. DOI: 10.1177/1729881418766190

5. Uddin M.N., Mashud M. Wind tunnel test of a paraglider (flexible) wing canopy // International Journal of Mechatronics Engineering IJMME-IJENS. 2010. Vol. 10, no. 3. P. 7–13.

6. Mashud M., Umemura A. Experimental investigation on aerodynamic characteristics of a paraglider wing // The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. 2006. Vol. 49, iss. 163. P. 9–17. DOI: 10.2322/tjsass.49.9

7. Belloc H. Wind tunnel investigation of a rigid paraglider reference wing // Journal of Aircraft. 2015. Vol. 52, no. 2. P. 703–708. DOI: 10.2514/1.C032513

8. Liang W., Sun Q., Tao J. and others. Dynamic modeling of parafoil based on CFD simulation and least square // Beijing Ligong Daxue Xuebao/Transaction Beijing Institute Technology. 2017. Vol. 37, no. 2. P. 157–162. DOI: 10.15918/j.tbit1001-0645.2017.02.009

9. Ortega E., Flores R., Pons-Prats J. Ram-air parachute simulation with panel methods and staggered coupling // Journal of Aircraft. 2016. Vol. 54, no. 2. P. 1–18. DOI: 10.2514/1.C033677

10. 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.

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

12. 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. Germany: Munich, 23–26 May 2005. DOI: 10.2514/6.2005-1682

13. 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. Germany: Munich, 23–26 May 2005. DOI: 10.2514/6.2005-1676

14. Писарев И.В., Сетуха А.В. Снесение граничного условия на срединную поверхность при численном решении краевой задачи линейной теории крыла // Вычислительные методы и программирование. 2014. Т. 15, № 1. С. 109–120.

15. Овчинников В.В., Петров Ю.В. Методика расчета аэродинамического нагружения двухоболочковых планирующих парашютов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2018. Т. 21, № 3. С. 91–100. DOI: 10.26467/2079-0619-2018-21-3-91-100

16. Овчинников В.В., Петров Ю.В. Численные методы исследования аэроупругости летательных аппаратов: монография. М.: ИД Академии имени Н.Е. Жуковского, 2017. 160 с.