Методика и программный комплекс исследования продольной статической устойчивости экраноплана на этапе проектирования

Рассматривается методика исследования продольной статической устойчивости экраноплана. Методика ориентирована на использование в качестве составляющего элемента алгоритма предварительного аэродинамического проектирования экраноплана и его системы управления. В основу алгоритма положен итерационный процесс расчета критериев устойчивости, последующих факторного анализа этих критериев по отношению к определяющим их значения параметрам и изменения компоновочных параметров экраноплана. Методика предполагает предварительное определение аэродинамических характеристик экраноплана. Наилучшие результаты дает совместное использование различных методов определения аэродинамических характеристик (экспериментальных и методов вычислительной аэродинамики). В рамках настоящей статьи расчет аэродинамических характеристик выполняется с использованием программного комплекса ANSYS. Для оценки достоверности полученных аэродинамических характеристик в программе ANSYS были выполнены экспериментальные исследования в аэродинамической трубе и вертикальной гидродинамической трубе. Ряд аэродинамических характеристик определяется с применением авторских программ для ЭВМ с использованием метода дискретных вихрей. На основе полученных аэродинамических характеристик формируется база данных. База данных по своей сути представляет математическую модель экраноплана, которая позволяет получить характеристики (аэродинамические коэффициенты и их производные) с оцененной степенью достоверности в заданном диапазоне определяющих параметров. На основе известного критериального подхода оценки статической устойчивости экраноплана и его модификации разработан математический алгоритм расчета параметров и программа для ЭВМ, позволяющие по полученным результатам расчета производить анализ определяющих устойчивость или неустойчивость экраноплана факторов. Математическая модель анализа устойчивости экраноплана реализована в виде программного комплекса на основе MatLab. Результатом работы программы являются представленные в удобном для оперативного анализа виде данные, на основе которых пользователь оценивает статическую устойчивость экраноплана и определяет область устойчивости с учетом текущих конструктивно-компоновочных факторов. Результаты анализа являются основанием для последующего внесения изменений в аэродинамическую компоновку или разработки требований к автоматической системе улучшения устойчивости и управляемости экраноплана. Представлены демонстрирующие методику результаты исследований оригинальной компоновки несущей системы экраноплана. В качестве объекта исследования была выбрана оригинальная несущая система экраноплана схемы «тандем». Методика применима для исследования устойчивости экранолетов и других летательных аппаратов, использующих аэродинамические принципы поддержания в полете.