Підвищення паливної ефективності літака застосуванням адаптивного крила та кінцевих аеродинамічних поверхонь

Автор(и)

  • Viktor Popov АТ «ФЕД» вул. Сумська, 132, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0001-9189-6882
  • Vasiliy Loginov Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна https://orcid.org/0000-0003-4915-7407
  • Yevgen Ukrainets Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба вул. Сумська, 77/79, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-7674-0588
  • Volodymyr Shmyrov ДП “Антонов” ул. Туполєва, 1, м. Київ, Україна, 03062, Україна https://orcid.org/0000-0002-8617-7928
  • Petro Steshenko Державний науково-дослідний інститут авіації вул. Андрющенка, 6В, м. Київ, Україна, 01135, Україна https://orcid.org/0000-0003-1432-6864
  • Pavlo Hlushchenko Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба вул. Сумська, 77/79, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-8231-8877

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200664

Ключові слова:

аеродинамічна якість, паливна ефективність, адаптивне крило, штучна ламінарізація, спіроідні кінцеві аеродинамічні поверхні

Анотація

Підвищення паливної ефективності літака є однією із основних вимог, які висуваються до перспективних літальних апаратів і літальних апаратів, які модернізуються. Проведено оцінку зміни аеродинамічної якості і, як наслідок, підвищення паливної ефективності дальнього магістрального літака при застосуванні перспективних засобів підвищення аеродинамічної якості. До зазначених засобів відносяться: відмова від механізації кромок крила та від традиційних органів керування шляхом застосування адаптивного крила, штучна ламінарізація течії навколо елементів планеру, застосування кінцевих аеродинамічних поверхонь. Відмова від традиційних органів керування та механізації крила зумовлена необхідністю забезпечення безшовної поверхні елементів планера для запобігання передчасної турбулізації течії і, як наслідок, призводить до зменшення профільного опору літака. Застосування кінцевих аеродинамічних поверхонь направлене на зниження індуктивного опору. Визначення зміни паливної ефективності літака дозволить оцінити зміну його експлуатаційних витрат протягом життєвого циклу.

Дослідження проведено на основі відомого модульного програмного комплексу «Інтеграція 2.1». Інженерно-штурманський розрахунок виконувався для типового профілю польоту дальнього магістрального літака. Показана можливість зменшення витрати палива до 20 %. Найбільший вплив на зменшення витрати палива має ламінарізація течії на поверхні елементів планеру, при цьому зменшення витрати палива склало 17,1 %. Відмова від механізації та елеронів забезпечила зменшення витрати палива на 3,9 %, при цьому відмова від елеронів, передкрилка та закрилка забезпечило зменшення витрати палива на 0,4, 1,5 та 0,4 відсотків відповідно. Застосування спіроідних кінцевих аеродинамічних поверхонь забезпечило зменшення витрати палива на 1,95 %

Біографії авторів

Viktor Popov, АТ «ФЕД» вул. Сумська, 132, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, голова правління

Vasiliy Loginov, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра конструкції авіаційних двигунів

Yevgen Ukrainets, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба вул. Сумська, 77/79, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, професор

Кафедра конструкції та міцності літальних апаратів та двигунів

Volodymyr Shmyrov, ДП “Антонов” ул. Туполєва, 1, м. Київ, Україна, 03062

Кандидат технічних наук, віце-президент

Petro Steshenko, Державний науково-дослідний інститут авіації вул. Андрющенка, 6В, м. Київ, Україна, 01135

Кандидат технічних наук

Науково-дослідна лабораторія автоматизованих систем управління та цільового спорядження безпілотних літальних апаратів

Pavlo Hlushchenko, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба вул. Сумська, 77/79, м. Харків, Україна, 61023

Ад’юнкт

Науково-організаційний відділ

Кафедра конструкції та міцності літальних апаратів та двигунів

Посилання

  1. Arutyunov, A. G., Dydyshko, D. V., Endogur, A. I., Kuznetsov, K. V., Tolmachev, V. I. (2016). Perspektivy razvitiya transportnyh samoletov. Trudy MAI, 90. Available at: https://mai.ru/upload/iblock/d01/arutyunov_dydyshko_endogur_kuznetsov_tolmachev_rus2_1.pdf
  2. Levickiy, S. V., Levickaya, E. V. (2014). The methods of assessment of transportation efficiency of a passenger aircraft. Nauchniy vestnik MGTU GA, 205, 99–106. Available at: https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/636/554
  3. Ruban, I., Khudov, H., Makoveichuk, O., Khizhnyak, I., Khudov, V., Podlipaiev, V. et. al. (2019). Segmentation of optical-electronic images from on-board systems of remote sensing of the earth by the artificial bee colony method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (98)), 37–45. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161860
  4. Tinyakov, D. V. (2013). Vliyanie chastnyh kriteriev effektivnosti nesushchih poverhnostey samoletov transportnoy kategorii na velichinu kreyserskogo aerodinamicheskogo kachestva. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstruktsiy letatel'nyh apparatov, 2, 18–24. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Pptvk_2013_2_4
  5. Benzakein, M. J. (2014). What does the future bring? A look at technologies for commercial aircraft in the years 2035–2050. Propulsion and Power Research, 3 (4), 165–174. doi: https://doi.org/10.1016/j.jppr.2014.11.004
  6. Abbas, A., de Vicente, J., Valero, E. (2013). Aerodynamic technologies to improve aircraft performance. Aerospace Science and Technology, 28 (1), 100–132. doi: https://doi.org/10.1016/j.ast.2012.10.008
  7. Jucobs, P. F., Flechner, S. G., Montoya, L. C. (1977). Effect of winglets on a first-generation jet transport wing. I – longitudinal aerodynamic characteristics of a semispan model at subsonic speeds. NASA technical note. Wishington, D-8473, 48. Available at: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19780012121.pdf
  8. Djojodihardjo, H. (2011). Review on Development and Recent Patents on Trailing Vortices Alleviation. Recent Patents on Mechanical Engineeringe, 4 (2), 83–129. doi: https://doi.org/10.2174/2212797611104020083
  9. Hantrais-Gervois, J.-L., Grenon, R., Mann, A., Büscher, A. (2009). Downward pointing winglet design and assessment within the M-DAW research project. The Aeronautical Journal, 113 (1142), 221–232. doi: https://doi.org/10.1017/s000192400000289x
  10. Whitcomb, R. T. (1976). A design approach and selected wind-tunnel results at high subsonic speeds for wing-tip mounted. NASA technical note, D-8260, 30. Available at: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19760019075.pdf
  11. Céron-Muñoz, H. D., Cosin, R., Coimbra, R. F. F., Correa, L. G. N., Catalano, F. M. (2013). Experimental Investigation of Wing-Tip Devices on the Reduction of Induced Drag. Journal of Aircraft, 50 (2), 441–449. doi: https://doi.org/10.2514/1.c031862
  12. International Air Transport Association IATA (2013). IATA Technology Roadmap.
  13. Gratzer, L. B. (1991). Pat. No. US5102068A. Spiroid-tipped wing. No. 660,651; declareted: 25.02.91; published: 7.04.92. Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/bb/2c/14/e925d497e132fa/US5102068.pdf
  14. Nazarinia, M., Soltani, M. R., Ghorb, K. (2006). Experimental study of vortex shapes behind a wing equipped with different winglets. JAST, 3 (1), 1–15. Available at: https://www.sid.ir/FileServer/JE/99120060101.pdf
  15. Guerrero, J. E., Maestro, D., Bottaro, A. (2012). Biomimetic spiroid winglets for lift and drag control. Comptes Rendus Mécanique, 340 (1-2), 67–80. doi: https://doi.org/10.1016/j.crme.2011.11.007
  16. Mostafa, S., Bose, S., Nair, A., Raheem, M. A., Majeed, T., Mohammed, A., Kim, Y. (2014). A parametric investigation of non-circular spiroid winglets. EPJ Web of Conferences, 67, 02077. doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/20146702077
  17. Catalin, N. (2014). Advanced Aerodynamic Technologies for Future Green Regional Aircraft. INCAS BULLETIN, 6 (Special 1), 99–110. doi: https://doi.org/10.13111/2066-8201.2014.6.s1.11
  18. Bushnell, D. M., Malik, M. R. (1987). Application of Stability Theory to Laminar Flow Control – Progress and Requirements. Stability of Time Dependent and Spatially Varying Flows, 1–17. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4612-4724-1_1
  19. Chernyshev, S. L., Kiselev, A. P., Kuryachii, A. P. (2011). Laminar flow control research at TsAGI: Past and present. Progress in Aerospace Sciences, 47 (3), 169–185. doi: https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2010.11.001
  20. Bokser, V. D., Babuev, V., Kiselev, A., Mikeladze, V. G., Shapovalov, G. K. (1997). The Experimental Investigation of HLFC-System Use on the Swept Wing at Subsonic Velocities. SAE Technical Paper Series. doi: https://doi.org/10.4271/975500
  21. Collier, F. S. (1994). Recent progress in the development of laminar flow aircraft. ICAS Proceedings, 3 (19), 2436–2455. Available at: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS1994/ICAS-94-4.7.1.pdf
  22. Horstmann, K., Redeker, G., Quast, A., Dressler, U., Bieler, H. (1990). Flight tests with a natural laminar flow glove on a transport aircraft. Flight Simulation Technologies Conference and Exhibit. doi: https://doi.org/10.2514/6.1990-3044
  23. Bulgubre, C., Arnal, D. (1992). Dassault Falcon 50 laminar flow flight demonstrator. Proceedings First European Forum on Laminar Flow Technology. Hamburg, 11–19.
  24. Barbarino, S., Bilgen, O., Ajaj, R. M., Friswell, M. I., Inman, D. J. (2011). A Review of Morphing Aircraft. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 22 (9), 823–877. doi: https://doi.org/10.1177/1045389x11414084
  25. Li, D., Zhao, S., Da Ronch, A., Xiang, J., Drofelnik, J., Li, Y. et. al. (2018). A review of modelling and analysis of morphing wings. Progress in Aerospace Sciences, 100, 46–62. doi: https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2018.06.002
  26. Kiselev, M. A., Ismagilov, F. R., Vavilov, V. E., Sayakhov, I. F. (2017). Problem of adaptive wings applicalion. Vestnik UGATU, 21 (1 (75)), 136–141. Available at: http://journal.ugatu.ac.ru/index.php/Vestnik/article/view/29
  27. Thill, C., Etches, J., Bond, I., Potter, K., Weaver, P. (2008). Morphing skins. The Aeronautical Journal, 112 (1129), 117–139. doi: https://doi.org/10.1017/s0001924000002062
  28. Kota, S., Flick, P., Collier, F. S. (2016). Flight Testing of FlexFloilTM Adaptive Compliant Trailing Edge. 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting. doi: https://doi.org/10.2514/6.2016-0036
  29. Sodja, J., Martinez, M. J., Simpson, J. C., De Breuker, R. (2015). Experimental Evaluation of the Morphing Leading Edge Concept. 23rd AIAA/AHS Adaptive Structures Conference. doi: https://doi.org/10.2514/6.2015-0791
  30. Magrini, A., Benini, E. (2018). Aerodynamic Optimization of a Morphing Leading Edge Airfoil with a Constant Arc Length Parameterization. Journal of Aerospace Engineering, 31 (2), 04017093. doi: https://doi.org/10.1061/(asce)as.1943-5525.0000812
  31. Magrini, A., Benini, E., Ponza, R., Wang, C., Khodaparast, H., Friswell, M. et. al. (2019). Comparison of Constrained Parameterisation Strategies for Aerodynamic Optimisation of Morphing Leading Edge Airfoil. Aerospace, 6 (3), 31. doi: https://doi.org/10.3390/aerospace6030031
  32. Lyu, Z., Martins, J. R. R. A. (2015). Aerodynamic Shape Optimization of an Adaptive Morphing Trailing-Edge Wing. Journal of Aircraft, 52 (6), 1951–1970. doi: https://doi.org/10.2514/1.c033116
  33. Ninian, D., Dakka, S. (2017). Design, Development and Testing of Shape Shifting Wing Model. Aerospace, 4 (4), 52. doi: https://doi.org/10.3390/aerospace4040052
  34. Woods, B. K. S., Bilgen, O., Friswell, M. I. (2012). Wind Tunnel Testing of the Fish Bone Active Camber Morphing Concept. ICAST, 54, 1–14. Available at: http://michael.friswell.com/PDF_Files/C332.pdf
  35. Loginov, V. V., Ukrainetc, E. A., Kravchenko, I. F., Yelanskiy, A. V. (2014). Engineering-and-economical performance estimation methodic of a light domestic airliner - turboprop engine system. Systemy ozbroiennia i viyskova tekhnika, 1 (37), 150–160.
  36. Loginov, V. V., Kravchenko, I. F., Elanskiy, A. V., Smyk, S. I. (2012). Uluchshenie letno-tehnicheskih harakteristik uchebno-trenirovochnogo samoleta na osnove vybora i zameny dvigatelya silovoy ustanovki. Systemy ozbroiennia i viyskova tekhnika, 1 (29), 60–67. Available at: http://www.hups.mil.gov.ua/periodic-app/article/1943/soivt_2012_1_16.pdf
  37. Loginov, V., Ukraintes, Y. (2016). Analysis of operational characteristics of aviation dieseland gas turbine engines for light passenger aircraft. Transactions of the Institute of Aviation, 245 (4), 103–115. doi: https://doi.org/10.5604/05096669.1226429
  38. Petrov, A. S. (2009). Podemnaya sila i induktivnoe soprotivlenie kryla konechnogo razmaha v potoke vyazkogo szhimaemogo gaza pri dozvukovyh skorostyah. Uchenye zapiski TSAGI, 5, 16–28. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/podemnaya-sila-i-induktivnoe-soprotivlenie-kryla-konechnogo-razmaha-v-potoke-vyazkogo-szhimaemogo-gaza-pri-dozvukovyh-skorostyah

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-04-30

Як цитувати

Popov, V., Loginov, V., Ukrainets, Y., Shmyrov, V., Steshenko, P., & Hlushchenko, P. (2020). Підвищення паливної ефективності літака застосуванням адаптивного крила та кінцевих аеродинамічних поверхонь. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(1 (104), 51–59. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200664

Номер

Том 2 № 1 (104) (2020): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Viktor Popov, Vasiliy Loginov, Yevgen Ukrainets, Petro Steshenko, Pavlo Hlushchenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.