Влияние отказа двигателя на аэродинамические характеристики модели легкого транспортного самолета

   В случае однодвигательного самолета отказ двигателя в полете всегда представлял серьезную ситуацию, связанную с потерей высоты и выполнением посадки в пределах доступной дальности планирования. В случае многодвигательного самолета эта ситуация заметно улучшается вследствие возможного продолжения полета, необходимыми условиями которого являются наличие избыточной тяги и сохранение удовлетворительного уровня аэродинамических характеристик и управляемости самолета. В условиях потери половины тяги, существенно снижающей характеристики набора высоты, наиболее критическими режимами полета являются взлет и уход на второй круг, выполняемые на малых высотах с асимметричной тягой. Обеспечение безопасности полета на этих режимах требует проведения обширных экспериментальных исследований в аэродинамических трубах с моделированием основных полетных режимов с неработающим двигателем.

   Целью исследований является влияние отказа критического двигателя на аэродинамические характеристики модели самолета, а также обеспечение необходимой эффективности органов управления для противодействия моментам рыскания и крена, возникающим при полете с асимметричной тягой.   
   Сложность решения поставленной задачи определяется как необходимостью противодействия значительным моментам рыскания и крена, так и существенным снижением несущих свойств крыла и ростом сопротивления самолета, ограничивающим скорость набора высоты и его управляемость. Эта статья представляет анализ влияния отказа критического двигателя на аэродинамические характеристики модели легкого двухдвигательного транспортного самолета во взлетной и посадочной конфигурациях крыла. Аэродинамическая компоновка самолета выполнена по классической схеме с высокорасположенным трапециевидным крылом и палубным вариантом хвостового оперения. Механизация крыла включает двухщелевой поворотный закрылок с фиксированным дефлектором. Самолет оборудован погрузочной рампой с относительно короткой плоской поворотной частью нижней поверхности фюзеляжа. Экспериментальные исследования продольных и боковых характеристик модели с установленными имитаторами силовой установки проведены в малоскоростной аэродинамической трубе Т-102 ЦАГИ. Анализ влияния отказа двигателя на аэродинамические характеристик модели выполнен при изменении коэффициента нагрузки в диапазоне В = 0,3…2. Определены возможности парирования моментов рыскания и крена с использованием первичных органов управления (руля направления и элеронов).

1. Horling H. Airplane control after engine failure [Электронный ресурс] // AvioConsult. 2005. 26 p. URL: https://dokumen.tips/documents/airplane-control-after-engine-failure.html (дата обращения: 26. 10. 2021).

2. Horling H. Control and performance during asymmetrical powered flight [Электронный ресурс] // AvioConsult. 2012. 28 p. URL: https://www.avioconsult.com/downloads/Control%20and%20Performance%20During%20Asymmetrical%20Powered%20Flight.pdf (дата обращения: 26. 10. 2021).

3. Preston R. Aerodynamics for professional pilots. 4th ed., 2010. 213 p.

4. Torenbeek E. Synthesis of subsonic airplane design. Springer Dordrecht, 1982. 598 p. DOI: 10.1007/978-94-017-3202-4

5. Swatton P. J. Principles of flight for pilots [Электронный ресурс]. John Wiley & Sons Ltd, 2011. 507 p. DOI: 10.1002/9780470710944 (дата обращения: 26. 10. 2021).

6. Young A. D. Lateral control with high lift devices // R&M. 1951. № 2853. 38 p.

7. Sadraey M. H. Aircraft design: a systems engineering approach. John Wiley & Sons, Ltd, 2013. 808 p.

8. Jacobson S. R. Aircraft loss of control causal factors and mitigation challenges // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference Canada, Toronto, Ontario, 02–05 August 2010. 18 p. DOI: 10.2514/6.2010-8007

9. Lambregts A. A. Airplane upsets: old problem, new issues / A. A. Lambregts, G. Nesemeier, J. E. Wilborn, R. L. Newman // AIAA Modeling and Simulation Technologies Confer0ence and Exhibit. Hawaii, Honolulu, 18–21 August 2008. 10 p. DOI: 10.2514/6.2008-6867

10. Петров А. В. Аэродинамика транспортных самолетов короткого взлета и посадки с энергетическими системами увеличения подъемной силы / А. В. Петров. – М.: Инновационное машиностроение, 2018. – 736 с.

11. Agatha Y. V., Nirbito W. Study of tail rudder deflection angles for stabilizing the twin turboprop small passenger aircraft in critical flight due to one engine failed condition [Электронный ресурс] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 926. ID: 012022. 7 p. DOI: 10.1088/1757-899X/926/1/012022 (дата обращения: 26. 10. 2021).

12. Михайлов Ю. С. Увеличение эффективности органов управления дозвуковых самолетов короткого взлета и посадки / Ю. С. Михайлов // Научный Вестник МГТУ ГА. – 2019. – Т. 22, № 2. – C. 75–85. DOI: 10.26467/2079-0619-2019-22-2-75-85

13. Михайлов Ю. С. Анализ взаимодействия воздушных винтов с планером легкого транспортного самолета / Ю. С. Михайлов // Научный Вестник МГТУ ГА. – 2021. – Т. 24, № 5. – C. 76–88.

14. Pope A., Barlow J. B., Rae W. H. Low-speed wind tunnel testing. 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc., 1999. 728 p.

15. Petrov A. V., Stepanov Yu. G., Shmakov M. V. Development of a technique and method of testing aircraft models with turboprop engine simulators in a small-scale wind tunnel // Acta Polytechnica. 2004. Vol. 44, no. 2. Pp. 27–31.

16. Михайлов Ю. С. Руль направления самолета / Ю. С. Михайлов, А. В. Петров, А. В. Потапчик. – Патент ПМ RU № 142174 U1. – 08. 11. 2013. – 8 с.