Методика определения и исследование пилотажных и летных характеристик экраноплана схемы «тандем» в продольном движении на этапе выбора параметров аэродинамической и объемно-массовой компоновок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.03, кандидат наук Вшивков Юрий Федорович

• Вшивков Юрий Федорович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Вшивков Юрий Федорович

Принятые обозначения

Введение

1. Особенности пилотажных и летных характеристик экраноплана, методы и задачи их исследования на этапе проектирования

1.1. Особенности проектирования аэродинамической и объемно-массовой компоновок экраноплана

1.2. Понятие устойчивости экраноплана в продольном движении и анализ подходов

к ее оценке

1.3. Пилотажные и летные характеристики экраноплана в вертикальной плоскости и их особенности

1.4. Постановка цели и задач исследования

2. Методика определения пилотажных характеристик экраноплана схемы «тандем» в продольном движении

2.1. Математическая модель аэродинамических характеристик экраноплана

2.1.1. Методика вычислительного эксперимента на основе АКБУБ по определению аэродинамических характеристик

2.1.2. Методика вычислительного эксперимента на основе АКБУБ по определению аэродинамических характеристик тела при отрывном обтекании

2.1.3. Методика формирования математической модели аэродинамики экраноплана

на различных этапах проектирования

2.2. Методика определения демпфирующих составляющих сил и моментов

в продольном движении на основе СББ - технологий

2.3. Методика оценки продольной устойчивости экраноплана

2.4. Особенности оценки продольной устойчивости экраноплана в специальных случаях

3. Методика расчета и анализа летных характеристик экраноплана при различных стратегиях управления

3.1. Математическое моделирование движения экраноплана в вертикальной плоскости

и оценка возможности реализации заданных движений

3.2. Понятие и содержание «стратегий управления» экранопланом при полете

в вертикальной плоскости

3.3. Методика расчета балансировочных характеристик экраноплана и оценка

устойчивости экраноплана на основе балансировочных характеристик

3.4. Оценка управляемости экраноплана

4. Исследование влияния параметров аэродинамической и объемно-массовой компоновки экраноплана схемы «тандем» на его пилотажные и летные характеристики

4.1. Характеристика объекта исследования

4.2. Влияние компоновочных параметров на аэродинамические и пилотажные характеристики экраноплана

4.2.1. Аэродинамические характеристики базовой компоновки экраноплана

4.2.2. Влияние положения горизонтального оперения на характеристики статической устойчивости

4.2.3. Влияние концевых шайб и винглетов на характеристики статической устойчивости

4.2.4. Аэродинамические характеристики второго компоновочного варианта экраноплана

4.2.5. Определение демпфирующих составляющих аэродинамических сил и моментов исследуемых компоновок экраноплана

4.3. Влияние режимов управления экранопланом на его летные характеристики

4.4. Исследование динамических характеристик экраноплана

Заключение

Список литературы

Приложение А Программа Aero_Analitics

Приложение Б Программа Aerobatic1

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

р - плотность воздуха (на уровне земли), [ кг / м3 ];

g - ускорение силы тяжести, [ м / с2 ];

Ьа - средняя аэродинамическая хорда крыла, [ м ];

£ - площадь крыла, [ м2 ]; а - угол атаки, [ рад];

3 - угол тангажа, [ рад];

0 - угол наклона траектории, [рад];

V - истинная (воздушная) скорость центра масс экраноплана, [ м / с ];

1 - время, [ с ];

сх - коэффициент лобового сопротивления;

Су - коэффициент подъемной силы;

- коэффициент продольного момента; Р - тяга силовой установки (двигателя), [Н ];

х. = сх„ рГ£ - сила лобового сш^ления, [Н ],

^а — суа РV £ - подъемная сила, [Н ];

^ _ РV2 ои

Мг — тг £Ьа - продольный аэродинамический момент, [ Н • м ];

с у

К — —- - аэродинамическое качество летательного аппарата;

сх

ха

_ X т

ХТ, хт —--размерная [ м ] и относительная координата центра масс летательного аппарата;

Ьа

- х Д

Xд , хд —-- размерная [ м ] и относительная координата центра давления;

Ь

а

к - отстояние (высота) центра масс от подстилающей поверхности, [м ]; Г_ к

к —— - относительное отстояние (относительная высота) центра масс от подстилающей поверхности;

дт2/

Хра = 9 - относительная координата фокуса по углу атаки; у /

/да дт2/

Хрн = а /— относительная координата фокуса по отстоянию (в у /

/дк

- момент инерции аппарата относительно оси 02 , [кг / м2 ]; т - масса летательного аппарата, [ кг ]; (02 - угловая скорость тангажа, [рад / с ]; 2т\$

// =-- относительная плотность экраноплана;

рёК

= - безразмерный момент инерции.

тЬс

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика определения и исследование пилотажных и летных характеристик экраноплана схемы «тандем» в продольном движении на этапе выбора параметров аэродинамической и объемно-массовой компоновок»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Разработка перспективных транспортных систем на основе различных видов скоростных судов, в том числе экранопланов, является одним из направлений развития транспортной системы Российской Федерации. Потенциальные преимущества экранопланов состоят в возможности достижения высоких показателей транспортной эффективности при относительно малых затратах на инфраструктуру путей сообщения. Вместе с тем экраноплан является исключительно сложным объектом проектирования, требующим решения целого ряда отдельных взаимосвязанных задач.

Одной из главных задач проектирования является, выбор аэродинамической компоновки и ее параметров, которые отвечают требованиям устойчивости и управляемости и достижения высокой транспортной эффективности. Собственно проблема обеспечения устойчивости движения экраноплана является ключевой. Исследование статической и динамической устойчивости экраноплана на этапе предварительного проектирования, требует дополнительного изучения и анализа.

Следует отметить, что в работах, находящихся в открытых источниках, исследование динамических характеристик экранопланов в основном производится с использованием линеаризованных уравнений движения экраноплана при помощи метода малых возмущений. Однако, как известно, исходные уравнения движения представляют собой нелинейные дифференциальные уравнения с переменными коэффициентами.

Важным является вопрос определения на этапе предварительного проектирования эксплуатационных диапазонов скоростей и высот полета, потребных и располагаемых диапазонов углов атаки и углов отклонения органов управления, при которых экраноплан отвечает требованиям устойчивости и безопасности полета. Кроме этого, при исследовании динамических свойств экраноплана немаловажным является вопрос определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов в области действия экрана. Использование указанных коэффициентов позволяет значительно повысить достоверность моделирования, в связи с чем проблема получения первичной информации о летных и пилотажных характеристиках проектируемой компоновки экраноплана с учетом нелинейности является одной из важнейших.

Решение данных проблем становится возможным лишь путем унификации методики исследований, путем формирования многофакторной математической модели аэродинамики экраноплана и применения компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование на основе численных методов является наиболее эффективным методом исследования

аэродинамики и динамики движения экраноплана на этапах предварительного проектирования, ввиду его относительной доступности и возможности автоматизации процесса проектирования.

Таким образом, тема работы направлена на решение актуальной проблемы повышения эффективности проектирования новых компоновочных схем экранопланов.

Степень разработанности темы исследования. Интенсивные исследования, направленные на создание экранопланов, начались в 1960-е гг. и велись практически до конца 1980-х гг. В этот период проведены фундаментальные исследования аэродинамики крыла вблизи экрана, динамики его движения, сконструировано и построено несколько десятков экранопланов различных компоновочных схем. В результате исследований были выработаны рекомендации по выбору профиля, удлинения и механизации крыла, а также компоновки, оперения и других элементов, обеспечивающих балансировку и устойчивость полета экранопланов различных компоновочных схем.

Большой объем исследований самолетной компоновочной схемы экраноплана был проведен в НПО «ЦКБ по СПК им. Р.Е. Алексеева» [1]. В ходе выполненных работ было установлено, что экранопланы самолетной схемы обладают собственной устойчивостью не на всех режимах полета, это потребовало создания систем автоматического управления движением (САУД). Разработка и исследование параметров САУД для экраноплана СМ-5 конструкции Р.Е. Алексеева велась под руководством В.Б. Диомидова В одной из работ В.Б. Диомидовым делается вывод о том, что исследования сложных процессов движения и управления экранопланом путем математического и физического моделирования должны проводиться параллельно с разработкой экранопланов и их САУД на каждом этапе проектирования [2].

В этот же период времени велись работы по созданию экранопланов компоновочной схемы «утка» под руководством А.Н. Панченкова [3]. В ходе проведенных теоретических исследований и практических работ по совершенствованию компоновки было установлено, что данная компоновка и ее модификации обладают высокими самостабилизирующими свойствами. Однако полет данной компоновки мог осуществляться только в зоне действия экранного эффекта, уход из которой приводил к потере устойчивости. Теоретические методы исследования, предложенные А.Н. Панченковым, в дальнейшем нашли свое продолжение и развитие в работах К.В. Рождественского, В.В. Суржика [4, 5].

Несмотря на успехи в создании экранопланов, их САУД и реализованные научно-технические решения, летные испытания ряда проектов экранопланов закончились крушениями по причине потери устойчивости.

Существенный вклад в изучение проблемы устойчивости и динамики движения экраноплана внесли Р.Д. Иродов, В.И. Жуков [6, 7]. В работах данных авторов проведены

фундаментальные теоретические исследования устойчивости и управляемости экраноплана, получены критерии оценки апериодической (статической) и колебательной устойчивости. Именно работы данных авторов лежат в основе всех дальнейших исследований экранопланов. Однако в работах Р.Д. Иродова и В.И. Жукова охватываются только линеаризованные уравнения движения экраноплана при помощи метода малых возмущений. Нисколько не принижая эффективность такого подхода, следует отметить, что при конечных относительно больших отклонениях параметров движения ошибки, возникающие из-за не учета нелинейности, могут быть существенными или привести к качественно неверным результатам.

Следует заметить, что развитие экранопланов как средства скоростного судостроения не потеряло своей значимости. Это положение обосновывается в целом ряде научных работ, например, в работах В.И. Барышева, В.И. Любимова, А.Н. Панченкова, Е.П. Роннова [3, 8-10], и подтверждается рядом программных документов развития транспортной системы Российской Федерации.

В последние годы исследования проблемы экранной аэродинамики и динамики движения экраноплана нашли свое отражение в работах Е.М. Грамузова, Н.В. Корнева, А.В. Небылова, А.В. Февральских, В.В. Шабарова [11-16]. Их работы в значительной мере способствовали изучению экранной аэродинамики на основе различных математических моделей движения крыла вблизи экрана. Так, в работах Н.В. Корнева используется метод вихревой решетки и проводятся исследования продольного движения экраноплана с учетом нестационарных составляющих аэродинамических характеристик. В качестве математического аппарата для исследования аэродинамики экраноплана в работах Е.М. Грамузова, А.В. Февральских, В.В. Шабарова применяются технологии CFD, получившие в настоящее время широкое распространение. Авторами проведены исследования продольного движения экранопланов ряда компоновочных схем, в том числе с учетом нестационарных аэродинамических характеристик и коэффициентов демпфирования. Делается вывод о том, что их учет значительно влияет на характеристики колебательной устойчивости экраноплана.

Однако в приведенных работах не отражены результаты по определению летных и пилотажных характеристик экраноплана в широкой области эксплуатационных параметров и различных типах возмущений. Требуется развитие в направлении создания методик расчета всего комплекса вращательных производных и аэродинамических характеристик экраноплана при его сложном движении. Получение данных характеристик на этапе выбора параметров аэродинамической компоновки является актуальной проблемой, позволит повысить эффективность разработки и создание новых компоновочных схем экранопланов.

Целью диссертационной работы является определение и исследование пилотажных и летных характеристик экраноплана схемы «тандем» оригинальной компоновки в продольном

движении на этапе выбора параметров аэродинамической и объемно-массовой компоновок с применением компьютерных технологий и математического моделирования.

Для достижения указанной цели решаются следующие задачи:

1. Создание математических моделей аэродинамики экраноплана и методики их формирования на различных этапах проектирования.

2. Разработка и обоснование методики определения демпфирующих составляющих сил и моментов в продольном движении на основе CFD-технологий.

3. Разработка комплексной методики оценки продольной устойчивости экраноплана.

4. Разработка методики расчета и анализа летных характеристик экраноплана при различных стратегиях управления на режимах горизонтального прямолинейного полета.

5. Апробация разработанных методик при проектировании экраноплана схемы «тандем», исследование пилотажных и летно-технических характеристик экраноплана.

6. Создание компьютерных моделей аэродинамики, динамики движения экраноплана и программного комплекса, позволяющего проводить исследования в интересах перечисленных выше задач.

Решение перечисленных научных задач имеет значение для развития проектирования экранопланов, а также предлагает новые научно обоснованные методические решения и программные разработки в области создания аэродинамических компоновок экранопланов.

Объектом научного исследования являются аэродинамические характеристики и динамические свойства компоновки экраноплана схемы «тандем».

Предметом научного исследования являются пилотажные и летные характеристики экраноплана схемы «тандем» в продольном движении.

Методы исследования. Используются численные методы исследования аэрогидродинамики и динамики движения летательного аппарата, методы теории автоматического управления.

Научная новизна состоит:

- в разработке методики по расчету вращательных производных экраноплана с применением CFD-технологий и ее обосновании ;

- в разработке комплексной методики и пакета программ для ЭВМ по оценке продольной устойчивости экраноплана на различных этапах проектирования;

- в разработке математических моделей и алгоритмов, позволяющих оценить потребные значения управляющих факторов для полета экраноплана на заданном режиме;

- проведены исследования аэродинамических, летных и пилотажных характеристик оригинальной компоновки схемы «тандем», оценены рациональные параметры компоновки.

Теоретическая значимость состоит в том, что были разработаны математические модели и методики, позволяющие повысить эффективность проектирования экранопланов.

Практическая значимость состоит в том, что разработанные методики и математические модели направлены на решение конкретной практической задачи по проектированию экраноплана схемы «тандем», доведены до разработки программ для ЭВМ, оценена их адекватность и область применимости.

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика формирования и математические модели аэродинамики экраноплана на различных этапах проектирования;

- методика определения вращательных производных сил и моментов в продольном движении на основе СББ-технологий;

- комплексная методика оценки продольной устойчивости экраноплана;

- методика определения потребных управляющих факторов и параметров движения в горизонтальном полете экраноплана;

- компьютерные модели и результаты исследования аэродинамических, летных и пилотажных характеристик компоновки экраноплана схемы «тандем».

Достоверность определяется:

- использованием высокоэффективных программных продуктов для определения аэродинамических характеристик экраноплана, оценкой адекватности получаемых аэродинамических характеристик в сравнении с экспериментальными данными и результатами исследования других авторов;

- использованием обоснованных моделей динамики движения экраноплана, теории автоматического управления, методов математического моделирования и вычислительной математики при описании динамики управляемого движения экраноплана, оценкой результатов моделирования на отсутствие рассогласования с результатами, полученными разными методами.

Личный вклад автора. Автор принимал личное участие в разработке математической модели и алгоритма, позволяющего оценивать потребные отклонения управляющих поверхностей, а также комплекса программ исследования устойчивости экраноплана и динамики его движения. Автором проведены исследования по определению вращательных производных экраноплана с применением СББ-технологий, выполнены анализ и обработка полученных результатов. Автором предложены способы (стратегии) управления параметрами экраноплана, а также разработаны математические и компьютерные модели компоновок экранопланов схемы «тандем» с проведением аэродинамических исследований на основе

вычислительных технологий. Автором лично были выполнены исследования летно-технических и пилотажных характеристик экраноплана оригинальной компоновочной схемы «тандем».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

- Международной конференции «Динамические системы и компьютерные науки: теория и приложения» (DYSC 2021) / Иркутский государственный университет, г. Иркутск, 13-17 сентября 2021 г.

- Международной конференции «Динамические системы и компьютерные науки: теория и приложения» (DYSC 2020) / Иркутский государственный университет, г. Иркутск, 19-22 октября 2020 г.

- Международном симпозиуме «Динамические системы, оптимальное управление и математическое моделирование», посвященном 100-летию математического образования в Восточной Сибири и 80-летию со дня рождения профессора О.В. Васильева / Иркутский государственный университет, г. Иркутск, 01-11 октября 2019 г.

- XII Международной научно-практической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» / Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск, 27 мая-01 июня 2019 г.

- II Всероссийской молодежной конференции «Научно-технологическое развитие судостроения» / ФГУП «Крыловский государственный научный центр», г. Санкт-Петербург, 18-19 апреля 2019 г.

- X Международной научно-технической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» / Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, 21-26 мая 2018 г.

- IX Международной научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» / Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, 10-13 апреля 2018 г.

- XVIII Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям / Институт динамики систем и теории управления СО РАН, г. Иркутск, 21-25 августа 2017 г.

- VIII Международной научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» / Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, 28 марта - 01 апреля 2017 г.

- XX юбилейной Международной научно-практической конференции «Решетневские чтения», посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева / Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск, 09-12 ноября 2016 г.

- VII Всероссийской научно-практической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» / Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, 13-16 апреля 2016 г.

- V Научно-технической конференции преподавателей, научных работников и аспирантов с международным участием «Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации» / Иркутский филиал МГТУ ГА, г. Иркутск, 22-24 марта 2016 г.

- V Всероссийской научно-практической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» / Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, 16-17 апреля 2015 г.

- XVIII Международной научной конференции, посвященной 90-летию со дня рождения генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева «Решетневские чтения» / Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, г. Красноярск, 11-14 ноября 2014 г.

- VII Региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы и перспективы развития авиационной техники и методов ее эксплуатации - 2014» / Иркутский филиал МГТУ ГА, г. Иркутск, 16-17 октября 2014 г.

- IV Всероссийской научно-практической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» / Иркутский государственный технический университет, г. Иркутск, 10-11 апреля 2014 г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 30 работах, из них 6 опубликовано в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ; 1 - в издании, входящем в международную базу данных Scopus; 23 - в других периодических изданиях и материалах конференций. На счету автора 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

1. ОСОБЕННОСТИ ПИЛОТАЖНЫХ И ЛЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКРАНОПЛАНА, МЕТОДЫ И ЗАДАЧИ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1. Особенности проектирования аэродинамической и объемно-массовой компоновок

экраноплана

Проектирование экраноплана включает в себя этап эскизного проектирования [17-19]. На данном этапе осуществляется выбор аэродинамической компоновки, производится аэродинамический расчет, а также определяется центровка аппарата при оценке объемно-массовой компоновки.

Под аэродинамической компоновкой экраноплана понимается совокупность его основных аэродинамических элементов с их геометрическими параметрами и взаимным расположением [20]. Особенности различных проектов экранопланов и история их развития рассмотрены в работах [3-5, 21].

В настоящее время принято выделять следующие основные аэродинамические компоновки экранопланов: «самолетная», «летающее крыло», «утка» и «тандем».

Отличительной особенностью «самолетной» компоновки является наличие высоко расположенного от экрана горизонтального оперения большой площади. Данная схема являлась основной схемой при создании отечественных экранопланов Р.Е. Алексеева, таких как СМ-3, СМ-4, СМ-5, СМ-8, КМ, «Орленок» (рисунок 1.1), «Стриж», первого пассажирского экраноплана «Волга-2», экраноплана «Акваглайд» (рисунок 1.2).

Рисунок 1.1 - Экраноплан «Орленок»

К «хамолетной» аэродинамической компоновке также относятся экранопланы схемы Липпиша Х-112, Х-114, Airfish-8 (рисунок 1.3) и др. Их отличительной особенностью является наличие дельтовидного («шатрового») крыла с обратной стреловидностью.

7

Рисунок 1.2 - Экраноплан «Акваглайд»

Рисунок 1.3 - Экраноплан АМвИ-Б

Еще одной разновидностью «самолетной» аэродинамической компоновки является «самолетная схема с составным крылом». Отличительной особенностью данной компоновки является разделение несущего крыла на две части: центроплан малого удлинения, который максимально реализует качество поддува и экранный эффект, и консоли, обеспечивающие высокое аэродинамическое качество. Примером данной компоновки являются экраноплан «Иволга» (рисунок 1.4), «0рион-20» (рисунок 1.5).

Рисунок 1.4 - Экраноплан «Иволга» [22]

Рисунок 1.5 - Экраноплан «0рион-20»

Одним из первых экранопланов, созданных по схеме «летающее крыло», был аппарат «Аэросани» № 8 Т. Каарио (рисунок 1.6). В данном аппарате поворотное носовое крыло позволяло на момент старта направлять часть потока под основное крыло для создания статической воздушной подушки. Продольная стабилизация обеспечивалась кормовым поворотным закрылком, установленным за винтом между поплавками.

Рисунок 1.6 - Экраноплан Т. Каарио «Аэросани» № 8 [21]

К схеме «летающее крыло» также относятся аппарат Н. Троенга «Аэробот» (рисунок 1.7), аппараты серии GEM У. Бертельсона (рисунок 1.8), аппараты серии KAG Ш. Эндо и ряд других экспериментальных моделей.

Рисунок 1.7 - Экраноплан Н. Троенга «Аэробот» [21]

Рисунок 1.8 - Аппарат ОБМ-3 У. Бертельсона [21]

Компоновочная схема «утка» характеризуется наличием носового оперения малой площади. Примером данной компоновки является экраноплан Ка1еп-3 (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 - Экраноплан схемы «утка» Kaien-3 [23]

К отечественным аппаратам компоновочной схемы «утка» и ее модификаций относятся экранопланы серии АДП (аппарат на динамической воздушной подушке), построенные под руководством и с участием А.Н. Панченкова [3, 22], такие как АДП-1, АДП-04, АДП-04М (рисунок 1.10), АДП-05 (рисунок 1.11), АДП-05М, АДП-07 (рисунок 1.12).

Рисунок 1.10 - Экраноплан АДП-04М [22]

Рисунок 1.11 - Экраноплан АДП-05-18 с фюзеляжем от самолета Як-18 [22]

Рисунок 1.12 - Экраноплан АДП-07, вид сверху [22]

Примером аэродинамической компоновки схемы «тандем» является серия аппаратов, построенных в 70-х годах Г. Йоргом (ФРГ) (рисунок 1.13). Аппарат представляет собой два крыла близкой по величине площади, расположенных друг за другом. Необходимо отметить, что частным случаем данной компоновки является компоновка «тандем» с горизонтальным оперением.

Рисунок 1.13 - Экраноплан Г. Йорга

Относительные достоинства и недостатки представленных компоновочных схем достаточно широко рассмотрены в работах [3-5, 20-22, 24].

Несмотря на достаточно большое разнообразие аэродинамических компоновок экраноплана, любая выбранная из них должна отвечать следующим основным требованиям:

1. На крейсерском режиме полета экраноплан должен иметь максимальные показатели транспортной эффективности согласно целевому предназначению. С точки зрения аэродинамического проектирования решается задача реализации максимально возможного аэродинамического качества К и (или) показателя дальности полета КГ.

2. На всех режимах полета экраноплан должен обладать устойчивостью (приемлемыми запасами устойчивости) и заданными характеристиками управляемости.

3. Иметь широкий эксплуатационный диапазон скоростей полета, под которым понимается возможность изменения скорости горизонтального полета у экрана в достаточно широком диапазоне между минимально допустимой и максимальной скоростями. Данное требование определяется требованиями безопасности полета и маневренности.

4. Выход экраноплана за пределы эксплуатационных режимов полета (например, на большие углы атаки или режим ухода от экрана) не должен сопровождаться опасными последствиями (подхват, сваливание, возникновение колебаний, приводящих к ударам об экранирующую поверхность и т. п.).

Что касается объемно-массового проектирования исследуемой компоновки, то здесь решается одна из важнейших задач проектирования экраноплана как летательного аппарата. Это задача определения диапазона центровок на основе определения положений центра масс, при которых:

1. в варианте наиболее заднего положения обеспечивается предельно допустимый запас статической устойчивости;

2. в варианте наиболее переднего положения центра масс обеспечивается условие достаточности отклонения руля высоты или стабилизатора для балансировки экраноплана на режиме взлета или посадки при отклоненной механизации крыла.

Большое разнообразие аэродинамических компоновок и выполняемые по ним исследования [11, 12, 23, 25-42] показывают, что вопрос, какая из них является наиболее предпочтительной, остается открытым, а задача поиска эффективных компоновок или их параметров остается актуальной.

1.2. Понятие устойчивости экраноплана в продольном движении и анализ подходов к ее оценке

Одним из важнейших вопросов при проектировании экранопланов является вопрос обеспечения необходимой устойчивости и управляемости на всех режимах полета.

В классическом понимании летательный аппарат называется устойчивым, если он самостоятельно (без вмешательства летчика) сохраняет и восстанавливает равновесие, нарушенное по причине внешнего возмущения [43]. Однако для экраноплана существенным является не только то, что он вернется или не вернется после возмущения в исходный режим полета, но и то, как быстро произойдет восстановление исходного режима, насколько изменится движение экраноплана под действием определенного возмущения и каким будет характер возмущенного движения. Таким образом, при изучении устойчивости экраноплана необходимо рассматривать весь процесс возмущенного движения.

Вопросам исследования устойчивости экраноплана и динамики его движения посвящено достаточно большое количество работ [2-7, 44-46]. Общепринятым считается подход, основанный на понятии продольной устойчивости, как это принято при анализе устойчивости самолета. В этом случае понятие «продольная устойчивость» условно разделяют на понятие «продольная статическая устойчивость по параметру» (по углу атаки а или скорости V ) и понятие «продольная динамическая устойчивость по параметру». Анализ статической устойчивости по углу атаки основывается на анализе взаимного положения центра масс хт и

аэродинамического фокуса по углу атаки хРа . При этом, поскольку в зоне действия экрана продольная устойчивость нарушается из-за зависимости подъемной силы не только от угла атаки а (угла тангажа 3 ), но и от высоты полета (отстояния) над экраном к, дополнительно вводится понятие аэродинамического фокуса по отстоянию от экрана с координатой хрк .

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Вшивков Юрий Федорович, 2022 год

- -

0 10 20 30 40 50

б)

70 ВО 90 100

в) г)

Рисунок 4.63 - Изменение параметров полета экраноплана по времени при возмущении по скорости полета ( к = 0,6 м)

а)

б)

в) г)

в) г)

Рисунок 4.65 - Изменение параметров полета экраноплана по времени при возмущении по скорости полета ( h = 1,2 м )

На рисунках 4.66-4.68 представлены результаты исследования влияния изменения положения центра масс Хт на параметры полета экраноплана при возникновении

возмущения ÀP = 500 Н (V = 80 м/с, h = 1 м, m = 3000 кг). Видно, что при положении центра масс xT = 1,2299 после подействовавшего возмущения экраноплан возвращается в исходный режим полета. При положении центра масс xT = 1,1 количество колебаний и время затухания колебаний увеличивается, а при xT = 0,984 происходит потеря устойчивости.

На рисунках 4.69-4.71 представлены результаты исследования влияния изменения высоты прямолинейного горизонтального полета на параметры полета при возникновении возмущения ÀP = 500 Н (xT = 1,2299 , V = 80 м/с, m = 3000 кг ). Видно, что с увеличением высоты полета интенсивность колебаний уменьшается ввиду уменьшения действия экранного эффекта. Демпфирующие свойства экраноплана улучшаются.

в) г)

Рисунок 4.66 - Изменение параметров полета экраноплана по времени при возмущении по тяге двигателя (хт = 1,2299 )

в) г)

в) г)

Рисунок 4.68 - Изменение параметров полета экраноплана по времени при возмущении по тяге двигателя ( хт = 0,984 )

в) г)

2800 2700 2600 2500 2400 2300

в) г)

Рисунок 4.70 - Изменение параметров полета экраноплана по времени при возмущении по тяге двигателя (h = 0,8 м )

в) г)

Представленные зависимости наглядно демонстрируют, что исследуемая компоновка экраноплана схемы «тандем» является устойчивой по широкому классу возмущений в области полетных параметров. Приведенные результаты исследования демонстрируют преимущество применения компьютерного моделирования при исследовании динамических свойств экраноплана. В компьютерной модели появляется возможность задавать возмущения по любому параметру полета и любого типа, что позволяет решать широкий класс задач по исследованию устойчивости и управляемости экраноплана на этапе предварительного проектирования. Следует отметить, что наполненность математической модели аэродинамики оказывает существенное влияние на получаемые результаты.

Как было показано в разделе 1.2, условием колебательной устойчивости экраноплана является выражение (1.2) [6]. Для исследуемой компоновки экраноплана выполнен расчет для случая, когда экраноплан является апериодически (статически) неустойчивым, т. е. не выполняется условие (1.1). Из рисунка 4.17, б видно, что данному условию отвечает режим полета экраноплана при положении центра масс хт = 1,2299 с

углом атаки а = 0° и при относительном отстоянии И = 0,5. Исходные данные для

расчета колебательной устойчивости: хт = 1,2299 , И = 0,5 , т = 3000 кг, Ьа = 2,8392 м ,

£ = 20 м2, / =24000 кг/м2, с" =4,4, с? =-0,1395, т^ =-3,8, т* =-0,59, // = 8,45,

2 уа уа 2 2 г

и = 9,72.

После подстановки указанных значений в выражение (1.2) получаем

а _

Са хЕ

1 У лЕа , _ л

1--:--( „И * Л

_ 2% хРИ _

ХТ .. +

1 - £у-

а хРИ

су . т2 ■К +■ 2

2% 2 И

= -1,1129 < 0.

/

2%

Результаты расчета показывают, что на данном режиме полета проектируемая компоновка экраноплана удовлетворяет критерию колебательной устойчивости, несмотря на то что условие статической устойчивости не выполняется. Это связано с тем, что в работе [6] был сделан ряд допущений. Полученный результат дополнительно подтверждает необходимость комплексного подхода к исследованию характеристик устойчивости экраноплана на этапе предварительного проектирования.

Таким образом, на основе предложенной методики проектирования экраноплана, рассмотренной в диссертационной работе, выполнено исследование аэродинамических, пилотажных и летных характеристик аэродинамической компоновки экраноплана схемы «тандем». Результатом исследования является модель экраноплана (см. рисунок 4.12),

которая обладает высокими несущими свойствами, является устойчивой в рассмотренной области параметров полета. Диапазон центровок данной компоновки лежит в пределах Хт = 1,2299 —1,4757 . Результаты исследования летных характеристик при различных

стратегиях управления показывают, что компоновка имеет широкий диапазон скоростей полета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы :

1. Разработана методика формирования и математические модели аэродинамики экраноплана схемы «тандем» на различных этапах проектирования.

2. Разработана методика определения вращательных производных сил и моментов в продольном движении с применением CFD-технологий. Результаты показали, что в зоне действия экранного эффекта существует зависимость вращательных производных c®z , т®г , с" , т" от знака со: и à . Полученный результат

подтверждает факт, что экраноплан обладает существенно нелинейными аэродинамическими характеристиками и исследование его характеристик устойчивости с учетом вращательных производных является особо важной задачей проектирования.

3. Разработана комплексная методика оценки продольной устойчивости экраноплана на различных этапах проектирования. Результаты оценки влияния параметров аэродинамической компоновки на статическую устойчивость экраноплана схемы «тандем» показали, что изменение аэродинамической компоновки существенно влияет на положение аэродинамического фокуса по высоте. Так, наличие высоко расположенного стабилизатора позволяет избавиться от значительного перемещения фокусов при изменении отстояния. Установка концевых шайб и винглетов способствует перемещению фокуса к передней кромке, тем самым способствую увеличению статической устойчивости. Исследование динамической устойчивости экраноплана с применением компьютерного моделирования показало, что экраноплан является устойчивым по широкому классу возмущений в области эксплуатационных полетных параметров. Определен диапазон центровок исследуемой компоновки экраноплана, который соответствует значениям xT = 1,2299 —1,4757 . Сопоставление результатов оценки устойчивости по

критериям Иродова Р.Д. и применения компьютерного моделирования подтвердили необходимость использования комплексного подхода к оценке устойчивости экраноплана.

4. Разработана методика определения и алгоритмы, позволяющие определять потребные управляющие факторы и параметры горизонтального полета экраноплана при различных стратегиях управления. Расчет летных характеристик выполнялся в разработанной программе для ЭВМ. Результаты показали, что при

различных стратегиях управления экраноплан занимает различные положения относительно поверхности экрана, что в свою очередь, влияет на получаемые летные характеристики. Так, когда производится балансировка экраноплана по высоте, измеряемой от центра масс, при скорости полета V = 80 м/с величина

потребной тяги составляет P = 1167 H, а при балансировке экраноплана по задней кромке на скорости полета V = 80 м/с, величина потребной тяги соответствует P = 790 H . Полученные значения демонстрируют разницу между выбранными стратегиями.

5. Выполнены исследования аэродинамики и динамики движения компоновки экраноплана схемы «тандем», обоснованы рациональные параметры компоновки, выявлены особенности характеристик устойчивости и управляемости, основные летные характеристики, определены эксплуатационные диапазоны центровок. Выполнена оценка указанных свойств и характеристик от основных компоновочных параметров и параметров полета. Предложена оригинальная компоновка экраноплана схемы «тандем». Данная компоновка обладает аэродинамическим качеством на режимах экранного полета K = 16. Разработанный экраноплан обладает устойчивостью в широком диапазоне полетных параметров, при различных типах возмущений.

6. Разработаны программы: Aero_Analitics 1.0. «Программный комплекс исследования аэродинамических характеристик летательного аппарата»; Aerobatic 1.0. «Комплекс математического моделирования движения летательного аппарата вблизи поверхности раздела сред. Оценка продольной статической устойчивости экраноплана»; WIG. LINE 1.0. «Программа исследования маневренных характеристик летательного аппарата вблизи поверхности экрана». Данные программные комплексы позволяют исследовать аэродинамические характеристики летательного аппарата, формировать базы данных аэродинамических характеристик, проводить расчет и исследование характеристик продольной статической устойчивости, проводить исследование летных и пилотажных характеристик экраноплана.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крылатые суда России. История и современность / А.И. Маскалик, Р.А. Нагапетян, А.Я. Вольфензов и др. - СПб: Судостроение, 2006. - 240 c.

2. Диомидов, В.Б. Автоматическое управление экранопланов / В.Б. Диомидов. СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 1996. - 202 с.

3. Панченков, А.Н. Экспертиза экранопланов / А.Н. Панченков, П.Т. Драчев, В.И. Любимов. - Н. Новгород.: Поволжье, 2006. - 655 с.

4. Rozhdestvensky, K.V. Aerodynamics of a lifting system in extreme ground effect / K.V. Rozhdestvensky. Heidel-berg: Springer, 2000. - P. 352.

5. Суржик, В.В. Структурно-параметрический синтез математических моделей экранопланов: монография / В.В. Суржик. - Иркутск.: ИрГТУ, 2012. - 196 с.

6. Иродов, Р.Д. Критерии продольной устойчивости экраноплана / Р.Д. Иродов // Ученые записки ЦАГИ. - 1970. - I, №» 4. - С. 63-72.

7. Жуков, В.И. Особенности аэродинамики, устойчивости и управляемости экраноплана / В.И. Жуков. - М.: ЦАГИ, 1997. - 81 с.

8. Современное состояние, тенденции развития и коммерческого использования скоростных судов / В. И. Любимов, Е. П. Роннов, А. Г. Малышкин, В. И. Барышев // Судостроение. - 2019. - № 5(846). - С. 13-18.

9. Роннов, Е. П. Анализ и обоснование перспективных направлений развития скоростного флота / Е. П. Роннов, В. И. Любимов, В. И. Барышев // Великие реки - 2020: Труды 22-го международного научно-промышленного форума, Нижний Новгород, 27-29 мая 2020 года. - Нижний Новгород: Волжский государственный университет водного транспорта, 2020. -С. 1-4.

10. Кузьмичев, И. К. Дело Р. Е. Алексеева продолжается / И. К. Кузьмичев, Е. П. Роннов, В. И. Любимов // Великие реки 2016: Труды научного конгресса 18 -го Международного научно-промышленного форума: в 3-х томах, Нижний Новгород, 17-20 мая 2016 года / Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет; ответственный редактор А. А. Лапшин. - Нижний Новгород: Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 2016. - С. 288-291.

11. Автоматизированная оптимизация компоновки крыла и горизонтального оперения экраноплана по результатам численного моделирования аэродинамики / Е. М. Грамузов, В. И. Любимов, А. В. Февральских и др. // Морские интеллектуальные технологии. -2019. - № 3-1(45). - С. 38-47.

12. Грамузов, Е.М. Исследование продольной устойчивости экраноплана типа «летающее крыло» с использованием технологий вычислительной гидродинамики / Е. М. Грамузов, А. В. Февральских, М. С. Махнев // Научно -технический сборник Российского морского регистра судоходства. - 2020. - № 60-61. - С. 66-74.

13. Kornev, N. On unsteady effects in wig craft aerodynamics / N. Kornev // International Journal of Aerospace Engineering. - 2019. - Vol. 2019. - P. 14. - DOI: 10.1155/2019/8351293.

14. Nebylov, A. WIG-craft flight control above the waved sea / A. Nebylov, V. Nebylov, P. Fabre // IFAC-PapersOnLine. - 2015. - Т. 48, № 9. - С. 102-107. - DOI: 10.1016/j.ifacol.2015.08.067.

15. Nebylov, A. V. Controlled WIG flight concept / A. V. Nebylov, V. A. Nebylov // IFAC Proceedings Volumes. - 2014. - Т. 47, № 3. - С. 900-905. - DOI: 10.3182/20140824-6-za-1003.02009.

16. Shabarov, V. Influence of ground effect on longitudinal aerodynamic damping of wing-in-ground effect vehicles / V. Shabarov, P. Kaliasov, F. Peplin // Ship Technology Research. - 2020. -Vol. 67. - Iss. 2. - PP. 101-108. - DOI: 10.1080/09377255.2020.1724647.

17. Проектирование самолетов: учебник для вузов / С.М. Егер, В.Ф. Мишин, Н.К. Лисейцев и др. Под ред. С.М. Егера. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. -616 с.

18. Проектирование самолетов / А.А. Бадягин, С.М. Егер, В.Ф. Мишин и др. - М.: Машиностроение, 1972. - 516 с.

19. Чумак, П. И., Кривокрысенко, В. Ф. Расчет, проектирование и постройка сверхлегких самолетов // - М.: Патриот, 1991. - 238 с.

20. Экранопланы - транспортные суда XXI века / А.И. Маскалик, Р.А. Нагапетян, В.В. Иваненко и др. - СПб.: Судостроение, 2005. - 576 с.

21. Белавин, Н.И. Экранопланы (по данным зарубежной печати). - 2-е изд. перераб. и доп. / Н. И. Белавин. - Л.: Судостроение, 1977. - 232 c.

22. Антипин, М. И. Выбор аэрогидродинамической компоновки экраноплана на этапе проектирования в контексте исторического развития малого экранопланастроения / М. И. Антипин, Л. Г. Малышевская // Modern Science. - 2020. - № 6-2. - С. 191-206.

23. Akimoto, H. Wing in surface effect ship with canard configuration / H. Akimoto, S. Kubo, M. Kanehira // International journal of aerodynamics, - 2010. - Vol. 1. - No. 1. - PP. 3-17. -DOI: 10.1504/IJAD.2010.031698.

24. Бобарика, И.О. Проектирование экраноплана схемы "утка" с учётом интерференции его несущих поверхностей / И.О. Бобарика // Решетневские чтения. - 2009. - Т. 1. - С. 17-18.

25. Graham, K.T. A practical guide to building ekranoplan (WIG) models // EAGES 2001 International Ground Effect Symposium, Toulouse, July 2001. - P. 12.

26. Hameed, H. The design of a four-seat reverse delta WIG craft / Hassan Hameed // The Maldives national journal of research, - 2018. - Vol. 6. - No. 1. - PP. 7-28.

27. Lee, J. Computational analysis of static height stability and aerodynamics of vehicles with a fuselage, wing and tail in ground effect / J. Lee // Ocean engineering, - 2018. - No. 168. - PP. 12-22. - DOI: 10.1016/j.oceaneng.2018.08.051.

28. Wei, Y. Aerodynamic investigation on tiltable endplate for WIG craft / Y. Wei, Y. Zhigang // Aircraft engineering and aerospace technology: an international journal, - 2012. - Vol. 84.

- No. 1. - PP. 4-12. - DOI: 10.1108/00022661211194933.

29. Zheng, H. Pneumatic numerical simulation and flow field display of wig craft / H. Zheng, Z. Zhang // International journal of fluid dynamics, - 2018. - Vol. 6. - No. 4. - PP. 69-77. -DOI: 10.12677/ijfd.2018.64009.

30. Lee, H.J. Development of hoverwing type WIG craft WSH-500 / H.J. Lee, B.J. Kang, J.H. Park et al // Program Book - OCEANS 2012 MTS/IEEE Yeosu: The Living Ocean and Coast -Diversity of Resources and Sustainable Activities, Yeosu, 21-24 May 2012, № 6263589. - DOI: 10.1109/OCEANS-Yeosu.2012.6263589.

31. Experimental investigation of a wing-in-ground effect craft / M.M. Tofa, A. Maimun, Y.M. Ahmed et al // The Scientific World Journal, - 2014. №. 489308. - DOI: 10.1155/2014/489308.

32. Ahn, B.-K. Unmanned WIG (U-WIG) craft design and performance test / B.-K. Ahn, J. Jang, K.-H. Song // Journal of the society of naval architects of Korea, - 2008. - Vol. 45. - No. 4. -PP. 396-402. - DOI: 10.3744/SNAK.2008.45.4.396.

33. Ito, Y. Characteristics of steady aerodynamics and aerodynamic interactions between wings of a canard-configuration WIG / Y. Ito, H. Iwashita // Journal of the Japan society of naval architects and ocean engineers, - 2016. - No. 25. - PP. 63-75.

34. Ito, Y. Influences of the wake deformation and the free-surface on steady aerodynamics of wings in the ground effect / Y. Ito, H. Iwashita // Journal of the Japan society of naval architects and ocean engineers, - 2016. - No. 24. - PP. 51-68.

35. Февральских, А.В. Численное исследование влияния удлинения крыла на характеристики движения под действием экранного эффекта амфибийного судна на воздушной подушке с аэродинамической разгрузкой / Научный журнал «Известия КГТУ», - 2019. - № 53.

- С. 182-192.

36. Амплитов, П.А. Проект лёгкого экраноплана типа А с массой коммерческой нагрузки до 1300 кг // Международный научный журнал «Символ науки», - 2016. - № 12-2. - С. 29-35.

37. Wing in ground effect craft: A case study in aerodynamics / S. Wiriadidjaja, A. Zhahir, Z. Mohamad et al // International Journal of Engineering & Technology, - 2018. - Vol. 7 (4.13). - PP. 5-9.

38. Papadopoulos, C. Conceptual design of a novel Unmanned Ground Effect Vehicle / C. Papadopoulos, D. Mitridis, K. Yakinthos // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1024 (2021), - № 012058. - DOI: 10.1088/1757-899X/1024/1/012058.

39. Грамузов, Е. М. Аэродинамический профиль несущего крыла для скоростных экранных судов с кормовым расположением центра масс / Е. М. Грамузов, А. В. Февральских // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. - 2016. - № 49. - С. 117-122.

40. Мухопад, Ю.Ф, Суржик, В.В. Проектирование экранопланов различных компоновочных схем // Полет. Общероссийский научно -технический журнал. - 2010. - №. 1. -С. 55-60.

41. Kornev, N., Gross, A. Influences on safety of flight of WIG craft / 52nd Aerospace Sciences Meeting 2014, National Harbor, 13-17 January 2014, № 112789. - DOI: 10.2514/6.20140183.

42. Dantsevich, I. M. Research of wing in surface effect ship configuration and development of an experimental model of increased stability / I. M. Dantsevich, V. N. Prasolov, M. N. Lyutikova // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 873 (2020), - № 012029. -DOI: 10.1088/1757-899X/873/1/012029.

43. Остославский, И.В., Калачев, Г.С. Продольная устойчивость и управляемость самолета / И.В. Остославский, Г.С. Калачев. - М., Оборонгис, 1951. - 367 с.

44. Kornev, N. Complex Numerical Modeling of Dynamics and Crashes of Wing-in-Ground Vehicles / N. Kornev, K. Matveev // 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada. / American Institute of Aeronautics and Astronautics. - Reston, Virigina, 01062003. - С.1-9.

45. Kumar, P.E. Some stability problems of ground effect wing vehicles in forward motion / P.E. Kumar // Aeronautical Quarterly, - 1972. - Vol. 23. - No. 1. - PP. 41-52.

46. Вачасов, Е.П. Анализ продольного возмущенного движения экраноплана / Е.П. Вачасов, Г.Ф. Курочка, Л.Г. Санжаревский, Ю.Ф Усик // Самолетостроение и техника воздушного флота, - 1972. - Вып.29. - С. 7-13.

47. ГТРК "Карелия" Крушение экраноплана проверит прокуратура [Электронный ресурс] // URL: https://www.vesti.ru/doc.html?id=2648882# (дата обращения 06.07.2021).

48. Плисов, Н.Б. К вопросу о статической продольной устойчивости движения системы крыльев конечного размаха над твердым экраном / Н.Б. Плисов, В. К. Трешков // Труды ЛКИ, - 1971. - Вып. XXIV. - С. 87-92.

49. Суржик, В.В. Критерии оценки устойчивости экранопланов / В.В. Суржик // Вестник научных трудов НГТУ, - 2007. - Вып. 1(26). - С. 167-176.

50. Бюшгенс, Г.С. Динамика пространственного движения самолета / Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев. - М.: Машиностроение, 1967. - 226 с.

51. Остославский, И.В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов / И.В. Остославский, И.В. Стражева. - М.: Машиностроение, 1965. -463 с.

52. Wang, H. Computational aerodynamics and flight stability of wing-in-ground (WIG) craft / H. Wang, C. J. Teo, B. C. Khoo et al. // Procedia Engineering, - 2013. - Vol. 67. - PP. 15-24. -DOI: 10.1016/j.proeng.2013.12.002.

53. Wang, H. Aerodynamic and stability characteristics of NACA4412 in ground effects / H. Wang, C. J. Teo, B. C. Khoo et al. // International Journal of Intelligent Unmanned Systems, -2013. - Vol. 1. - Iss. 2. - PP. 145-153. - DOI: 10.1108/20496421311330065.

54. Shin, S.-Y. Evaluation of longitudinal stability characteristics based on Irodov's criteria for wing-in-ground effect / S.-Y. Shin, K.-H. Whang, K.-S. Kim et al.// Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, - 2011. - Vol. 53. - No. 182. - PP. 237-242.

55. Nirooei, M. Aerodynamic and static stability characteristics of airfoils in extreme ground effect / M. Nirooei // Journal of Aerospace Engineering, - 2018. - Vol. 232. - No. 6. - PP. 1134-1148. - DOI: 10.1177/0954410017708212.

56. Groß, A. Flight stability and safety of wig craft with and without feedback control / A. Groß, N. Kornev, T. Hahn et al // ASME 2014 12th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis, Copenhagen, 25 27 July 2014, - № 109066.

57. Чаплыгин, С. А. К общей теории крыла моноплана / С. А.Чаплыгин. - М.: Высш. воен. редакц. совет, 1922. - 53 с.

58. Экранопланы. Особенности теории и проектирования / Маскалик А.И., Колызаев Б.А., Жуков В.И. и др. - СПб.: Судостроение, 2000. - 320 с.

59. Wu, X. A review on fluid dynamics of flapping foils / X. Wu, X. Zhang, X. Tian et al. // Ocean Engineering. - 2020. - Vol. 195. - № 106712. - DOI: 10.1016/j.oceaneng.2019.106712.

60. Bergmann, A. Experimental and numerical research on the aerodynamics of unsteady moving aircraft / A. Bergmann, A Huebner, T. Loeser // Prog Aerosp Sci. - 2008. - Vol. 44. - No. 2. - PP. 121-137. - DOI: 10.1016/j.paerosci.2007.10.006.

61. Bergmann, A. Modern Wind Tunnel Techniques for Unsteady Testing - Development of Dynamic Test Rigs / R. Radespiel, CC. Rossow, B.W. Brinkmann // Hermann Schlichting - 100 Years. Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design. - 2009. - Vol. 102. - PP. 59-77. - DOI: 10.1007/978-3-540-95998-4 5.

62. Исторические сведения Проект 904 типа «Орлёнок» - транспортно-десантный экраноплан [Электронный ресурс] // URL: http://army.lv/ru/proekt-904/istorija/2407/487 (дата обращения 06.07.2021).

63. КМ (экраноплан) [Электронный ресурс] // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/КМ (экраноплан) (дата обращения 06.07.2021).

64. ANSYS CFX [Электронный ресурс] // URL: http://www.ansys.com/products/fluids/ansys-cfx (дата обращения 06.07.2021).

65. Флетчер, К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2 -х томах. Т. 2 / К. Флетчер. - Л.: Мир, 1991. - 504 с.

66. Волков, К.Н., Емельянов. В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений / К.Н. Волков, В.Н. Емельянов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 368 с.

67. Shih T.H., A New Eddy-Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows: Model Development and Validation / T.H. Shih, W.W. Liou, A. Shabbir et al. // Computers Fluids. -1995. - No. 24 (3). - PP. 227 - 238.

68. Menter, F.R. Review of the SST Turbulence Model Experience from an Industrial Perspective // International Journal of Computational Fluid Dynamics. - 2009. - Vol. 23. - Issue. 4. -PP. 305 - 316.

69. Langtry, R.B., Menter, F.R. Correlation-Based Transition Modeling for Unstructured Parallelized Computational Fluid Dynamics Codes // AIAA Journal. - 2009. - Vol. 47, - No. 12. - PP. 2894 - 2906.

70. Применение методов вычислительного эксперимента для определения аэродинамических характеристик экраноплана на крейсерском режиме движения / В. Н. Блохин, В. М. Прохоров, П. С. Кальясов и др. // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2012. - № 3-1. - С. 147-154.

71. Опыт применения суперкомпьютерных технологий для определения аэродинамических характеристик экраноплана на крейсерском режиме движения / В. Н. Блохин, В. М. Прохоров, П. С. Кальясов и др. // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. - 2012. - № 31. - С. 119-126.

72. Тарасов, А.Л. Исследование аэродинамических характеристик профиля крыла вблизи поверхности земли с помощью программного комплекса ANSYS FLUENT / А.Л. Тарасов // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2015. - № 216. - С. 135-140.

73. Baharun, A. T. Comparison of numerical simulation with experimental result for small scale one seater wing in ground effect (WIG) craft / A. T. Baharun, A. Maimun, Y. M. Ahmed et al. // AIP Conference Proceedings. - AIP Publishing LLC, 2015. - Т. 1660. - №. 070120.

74. Галушко, EA. Комплексная оценка достоверности расчёта аэродинамических характеристик сложных объектов с использованием ANSYS / Ю. Ф. Вшивков, E. А. Галушко, С. М. Кривель // Международный информационно-аналитический журнал «Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык» (МИАЖ «Crede Experto»). - 2015. - № 1. - С. 10-21. -электронный ресурс (http://ce.if-mstuca.ru).

75. Ван-Дайк М. Альбом течений жидкостей и газа. - М.: Мир, 1986. - 184 с.

76. Головнев А.В., Тарасов А.Л. Исследование аэродинамических характеристик модели маневренного самолета с механизированной передней кромкой крыла с помощью программного комплекса ANSYS FLUENT / А.В. Головнев, А.Л. Тарасов // Научный вестник МГТУ ГА. - 2015. - № 218. - С. 42-49. - DOI: 10.2б4б7/2079-0б19-2015-218-42-49.

77. Ke J.H., Edwards J. R. Numerical Simulations of Turbulent Flow over Airfoils Near and During Static Stall / J.H. Ke, J. R. Edwards // Journal of Aircraft. - 2017. - Vol. 54. - No. 5. - PP. 19б0-1978.

78. Вшивков, Ю. Ф. Методика вычислительного эксперимента на основе ANSYS по определению аэродинамических характеристик тела при отрывном обтекании / Ю. Ф. Вшивков, E. А. Галушко, С. М. Кривель // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2018. - Т. 22. - № 7(138). - С. 207-222. - DOI 10.21285/1814-3520-2018-7-208222.

79. Вентцель, EC. Теория вероятности. 4-е изд., стер. / EC. Вентцель. - М.: Наука, 19б9. - 576 с.

80. Вентцель, E.C, Овчаров, Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. - Учеб. пособие для втузов. - 2-е изд., стер. / EC. Вентцель, Л.А. Овчаров. - М.: Высш. шк., 2000. - 383 с.

81. Белоцерковский, С.М., Ништ, М.И. Отрывное и безотрывное обтекание тонких крыльев идеальной жидкостью. - М.: Наука, 1978. - 352 с.

82. Холявко, В.И., Усик, Ю.Ф. Аэродинамические характеристики частей летательных аппаратов вблизи земли и в ограниченных потоках // Влияние формы в плане на аэродинамические характеристики крыла малого удлинения в ограниченном потоке: отчет по НИР, номер государственной регистрации 78075544. - Ч.2. Х: Харьковский авиационный институт, 1980. - 80 с.

83. Радченко, П.И. Круговая обдувка профиля NACA 23012 в аэродинамической трубе Т-103Н ЦАГИ // Технические отчеты Центрального аэрогидродинамического института им. проф. HE. Жуковского, 1959. - Вып. 161. - 24 c.

84. Галушко, EA., Кривель, С.М. Математическое описание аэродинамических характеристик экраноплана // Динамические системы, оптимальное управление и

математическое моделирование: материалы Международного симпозиума, посвященного 100 -летию математического образования в Восточной Сибири и 80-летию со дня рождения профессора О. В. Васильева. - Иркутск: Изд-во ИГУ, - 2019. - С. 309-311.

85. Кривель, С.М., Вшивков, Ю.Ф. Aero_Analitics 1.0. Программный комплекс исследования аэродинамических характеристик летательного аппарата / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018660739 (28.08.2018г.) // Официальный бюллетень. Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. №9. - 2018, 21.08.2018-20.09.2018.

86. A review on fluid dynamics of flapping foils / X. Wu, X. Zhang, X. Tian et al. // Ocean Engineering, - 2020. - Vol. 195. - №. 106712. - DOI: 10.1016/j.oceaneng.2019.106712.

87. Белоцерковжий, С.М. Крыло в нестационарном потоке газа / С.М. Белоцерковжий, Б.К. Скрипач, В.Г. Табачников // - М.: Наука, 1971. - 768 с.

88. Белоцерковский, С.М. Аэродинамические производные летательного аппарата и крыла при дозвуковых скоростях / С.М. Белоцерковский, Б.К. Скрипач // - М.: Наука, 1975. -424 с.

89. Tatar, M. Investigation of pitch damping derivatives for the Standard Dynamic Model at high angles of attack using neural network / M. Tatar, M. Masdari // Aerospace Science and Technology. - 2019. - Vol. 92. - PP. 685-695.

90. ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. - Москва: Изд-во стандартов, 1980. - 54 с.

91. ANSYS CFX [Электронный ресурс] // URL: http://ansyshelp.ansys.com/account (дата обращения 06.07.2021).

92. Вшивков, Ю.Ф. Несущая система экраноплана схемы "тандем" и ее аэродинамические характеристики / Ю.Ф. Вшивков, Е.А. Галушко, С.М. Кривель // Вестник Иркутского государственного технического университета, - 2018. - Т. 22. - № 2 (133). - С. 193208.

93. ANSYS FLUENT 12.0 User's Guide - ResearchGate [Электронный ресурс] // URL: https://www.researchgate.net/profile/Dusan Regodic/post/In the output figures save from Ansys F luent using the camera button why are some the borders like boundaries always missing Is the re a solution/attachment/5de4210ecfe4a777d4f65d42/AS%3A831396402708480%401575231757359 /download/flug.pdf (дата обращения 06.07.2021).

94. Динамика полета: Учебник для студентов высших учебных заведений / Г.С. Бюшгенс, А.В. Ефремов, В.Ф. Захарченко и др.; под ред. Г.С. Бюшгенса. // - М.: Машиностроение, - 2011. - 776 с.

95. Вшивков, Ю.Ф. Особенности оценки продольной устойчивости экраноплана в эксплуатационной области углов атаки и отстояний / Ю.Ф. Вшивков, С.М. Кривель // Труды Крыловского государственного научного центра. - 2019. - Спец. вып.2. - С. 73-82.

96. Кривель, С.М., Вшивков, Ю.Ф. Aerobatic 1.0. Комплекс математического моделирования движения летательного аппарата вблизи поверхности раздела сред. Оценка продольной статической устойчивости экраноплана / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017616066 (01.06.2017 г.) // Официальный бюллетень. Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. №6. - 2017, 21.05.2017-20.06.2017.

97. Fink, M. P., Lastinger, J. L. Aerodynamic characteristics of low-aspect-ratio wings in close proximity to the ground // NASA TN, - 1961.

98. Park, K., Lee, J. Influence of endplate on aerodynamic characteristics of low-aspect-ratio wing in ground effect / K. Park, J. Lee // Journal of Mechanical Science and Technology. - 2008. - Vol. 22. - Iss. 12. - PP. 2578-2589. - DOI: 10.1007/s12206-008-0805-y.

99. Бюшгенс, Г.С., Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения / Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев. - М.: Машиностроение, 1979. - 352 с., ил.

100. Грязин В. Е. Устойчивость, управляемость и принципы автоматизации управления экранопланом на крейсерском режиме полета / В. Е. Грязин, В.В. Стрелков // Ученые записки ЦАГИ. 2004. № 3-4.

101. Васильков, Ю. В. Математическое моделирование объектов и систем автоматического управления: учебное пособие / Ю.В. Васильков, Н.Н. Василькова. - М.: Инфра-Инженерия, 2020. 428 с.

102. Гальперин, М.В. Автоматическое управление: учебник / М.В. Гальперин. - М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФА-М, 2019. 224 с.

103. Пашковский, И.М. Устойчивость и управляемость самолета / И.М. Пашковский. -М., Машиностроение, 1987. - 328 с.

104. Дорф Р. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп. Пер. с англ. Б. И. Копылова. - М., Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832 с.

105. Кривель, С.М., Галушко, Е.А., Фурзанов К.А. WIG. LINE 1.0. Программа исследования маневренных характеристик летательного аппарата вблизи поверхности экрана / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021618134 (24.05.2021 г.) // Официальный бюллетень. Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. №6. - 2021, 21.05.2021-20.06.2021.

106. Вшивков Ю.Ф. Выбор параметров аэродинамических управляющих поверхностей компоновки экраноплана с улучшенными эксплуатационными характеристиками / Ю.Ф.

Вшивков, Е.А. Галушко, С.М. Кривель // Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации России. Сборник трудов IV научно-практической конференции преподавателей, научных работников и аспирантов, Иркутск, 3 -5 декабря 2013 года / Иркутский филиал МГТУ ГА. - Иркутск: Иркутский филиал МГТУ ГА, 2014. - С. 196-202.

107. Вшивков Ю.Ф. Синтез несущей системы экраноплана с улучшенными эксплуатационными характеристиками / Ю.Ф. Вшивков, Е.А. Галушко, С.М. Кривель // Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации России. Сборник трудов IV научно-практической конференции преподавателей, научных работников и аспирантов, Иркутск, 3-5 декабря 2013 года / Иркутский филиал МГТУ ГА. - Иркутск: Иркутский филиал МГТУ ГА, 2014. - С. 202-208.

108. Вшивков, Ю. Ф. Аэродинамическое проектирование экраноплана с высокими несущими свойствами на основе численного моделирования с применением ANSYS / Ю. Ф. Вшивков, Е. А. Галушко, С. М. Кривель // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сборник статей IV Всероссийской научно-практической конференции, Иркутск, 10-11 апреля 2014 года / Иркутский государственный технический университет. - Иркутск: Иркутский государственный технический университет, 2014. - С. 51-55.

109. Вшивков, Ю. Ф. Оценка управляемости экраноплана аэродинамической компоновки тандемна основе анализа эффективности различных органов управления / Ю. Ф. Вшивков, Е. А. Галушко, С. М. Кривель // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сборник статей IV Всероссийской научно-практической конференции, Иркутск, 10-11 апреля 2014 года / Иркутский государственный технический университет. - Иркутск: Иркутский государственный технический университет, 2014. - С. 63-68.

110. Вшивков Ю.Ф. Концепция и результаты аэродинамического проектирования экраноплана с широким диапазоном эксплуатационных углов атаки / Ю. Ф. Вшивков, Е. А. Галушко, С. М. Кривель // Международный информационно-аналитический журнал «Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык» (МИАЖ «Crede Experto») / № 1 (03). Март 2015.

111. Братусь С.Ю. Аэродинамические особенности и характеристики компоновок экраноплана схем «утка» и «тандем» / Ю.Ф. Вшивков, Е.А. Галушко, И.Н. Гусев, С. М. Кривель // Вестник Иркутского государственного технического. 2016 г., № 5 (112), С. 168-180.

112. Вшивков Ю.Ф. Методика и программный комплекс исследования продольной статической устойчивости экраноплана на этапе проектирования / Ю.Ф. Вшивков, С. М. Кривель // Сибирский журнал науки и технологий. - 2017. - Т. 18. - №4. - С. 841-850.

113. Vshivvkov, Yu F. The mathematical model and assessment of the possibility of implementing the specified movements of a ground-effect vehicle in the vertical plane / Yu. F.

Vshivkov, S. M. Krivel // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - Vol. 1847 (1). - № 012048. - DOI 10.1088/1742-6596/1847/1/012048.

114. Галушко Е.А. Оценка аэродинамических и летно-технических характеристик экраноплана с учетом поддува струи от воздушного винта / Е.А. Галушко, С.М. Кривель / Вестник инженерной школы Дальневосточного федерального университета. - 2021. - № 1 (46). - С. 10 - 23.

115. Afshar, H., Alishahi, M. M. A study of winglet and aerodynamic interferences in 3-D viscous flow around a flying-boat in ground effect / H. Afshar, M. M. Alishahi // Journal of Applied Sciences. - 2009. - Vol. 9. - Iss. 20. - PP. 3752-3757. - DOI: 10.3923/jas.2009.3752.3757.

116. Lee, J. Influence of wing configurations on aerodynamic characteristics of wings in ground effect / J. Lee, C.-S. Han, C.-H. Bae // Journal of Aircraft. - 2010. - Vol. 47. - Iss. 3. - PP. 1030-1040. - DOI: 10.2514/1.46703.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Программа «Аего_АпаН1;ю8 1.0 «Программный комплекс исследования аэродинамических характеристик летательного аппарата».

Программа предназначена для исследования аэродинамических характеристик летательного аппарата по экспериментальным и (или) расчетным данным; интерполяции и аппроксимации данных с использованием заданных методов и параметров; формирования базы данных аэродинамических характеристик летательного аппарата (математической модели аэродинамики) для использования в других программах для ЭВМ.

Программа позволяет графически отобразить все имеющиеся аэродинамические характеристики в заданном виде, который обеспечивает эффективный анализ характеристик и возможность их документирования. Предусмотрен функциональный анализ аэродинамических характеристик в зависимости от предельных параметров. Анализ, и соответственно, базы данных аэродинамических характеристик являются многопараметрическими. В программе реализована возможность формирования многомерной математической модели аэродинамических коэффициентов. В качестве входных параметров модели выступают заданные параметры обтекания и движения летательного аппарата, режимы работы двигателей и движителей, характеристики формы летательного аппарата.

□ Дего_Апа1йк5

О программе

Программный комплекс исследования аэродинамических характеристик летательного аппарата

Вр

Пуск

Сформировать математическую модель аэродинамики

Рисунок А1 - Главное окно программы Аего_Апа1Шс8 1.0

Рисунок А2 - Окно выбора вида движения

0 АЕЛО_1опдИисПпа1

Порядковый номер скорости выдува струи Порядковый номер положения центра масс

Зависимость коэффициента подъемной силы от угла атаки Зависимость коэффициента подъемной сипы от относительного отстояния Зависимость коэффициента лобового сопротивления от угла атаки Зависимость коэффициента продольного момента от угла атаки Зависимость коэффициента продольного момента от относительного отстояния И Зависимость ЦД от относительного отстояния И для различных углов атаки Зависимость аэродинамического качества от угла атаки Зависимость аэродинамического качества от коэффициента подъемной сипы

Построить

Построить

Построить

Построить

Построить

Построить

Построить

Построить

Аппроксимация данных

0 □

□

□ Выполнить |

П

□

□

Приращения аэродинамических коэффициентов при угле атаки 0 за счет отклонения управляющих поверхностей Идентификационный номер управляющих поверхностей | 3 | Аппроксимация данных

- коэффициент подъемной силы Построить

- коэффициент лобового сопротивления Построить ] Выполнить

- коэффициент продольного момента

Дополнительные графики

Рисунок А3 - Окно работы с аэродинамическими характеристиками

Рисунок А4 - Результат обработки аэродинамических характеристик

Рисунок А5 - Аэродинамические характеристики при отклоненной управляющей

поверхности

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Программа «АегоЬа1:ю1.0 «Комплекс математического моделирования движения летательного аппарата вблизи поверхности раздела сред. Оценка продольной статической устойчивости экраноплана».

Программа предназначена для расчета и исследования характеристик продольной статической устойчивости экраноплана. Под параметрами статической устойчивости понимаются известные и предложенные авторами критерии (группы критериев) позволяющие определить степень устойчивости или неустойчивости экраноплана.

Функции программы:

- формирует базу данных аэродинамических характеристик исследуемых объектов;

- задает условия и параметры расчетов;

- позволяет на основе предлагаемого к выбору инструмента произвести анализ аэродинамических характеристик и результатов моделирования на основе единых подходов, произвести факторный анализ и оценить степень влияния различных входных параметров;

- определить параметрические области статической продольной устойчивости.

Рисунок Б2 - Окно выбора объекта исследования

Рисунок Б3 - Окно расчета производных т" и т

Рисунок Б4 - Пример расчета т" для соответствующих входных параметров

и