Обґрунтування вибору аеродинамічного профілю крила безпілотного літального апарату з динамічним принципом підтримки над поверхнею

Автор(и)

  • Андрій Юлійович Дреус Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна https://orcid.org/0000-0003-0598-9287
  • Олена Володимирівна Кравець Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна https://orcid.org/0000-0002-3428-2232

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.314844

Ключові слова:

аеродинамічний профіль, екранний ефект, CFD – моделювання, безпілотний WIG-апарат, аеродинамічна якість

Анотація

Апарати, що використовують принцип динамічної підтримки над поверхнею, є інноваційними транспортними засобами, які мають перспективи використання як високошвидкісні безпілотні судна. Відомо, що під час руху літального апарату поблизу поверхні має місце явище зростання підйомної сили, що дозволяє забезпечити безконтактний рух на високих швидкостях. Втім, продуктивність цього ефекту впливу поверхні залежить від форми аеродинамічного профілю крила. Об’єктом дослідження є аеродинамічні процеси, що мають місце під час руху безпілотного літального апарату поблизу опорної поверхні. Розглянуто вплив ефекту наближення до поверхні на аеродинамічні характеристики чотирьох профілів крила різної геометрії: Clark YH-12, NACA-M6, USA-35B, ЦАГІ-721, що використовуються у дозвуковій швидкісні авіації, у т.ч. безпілотній авіації. В роботі виконано оцінку продуктивності цих аеродинамічних профілів в умовах експлуатації поблизу поверхні і визначення найперспективнішої форми для використання в малогабаритних безпілотних WIG-апаратах. Як інструмент дослідження використано методи CFD-моделювання. Отримано поля тиску та швидкостей навколо профілів крила та визначено вплив відстані до поверхні і кута атаки на аеродинамічні характеристики. Встановлено, що найкраща аеродинамічна якість для всіх профілів досягається на кутах атаки 4–6°. Не рекомендується використовувати профілі за кутів атаки близьких до 0°, оскільки можливий негативний вплив поверхні на підйомну силу. Найбільше підвищення аеродинамічної якості під час наближення до поверхні продемонстрував профіль USA-35B, максимальне збільшення для цього профіля склало 67 %. Це дозволяє рекомендувати USA-35B використання в якості для малорозмірних безпілотних літальних апаратів з динамічним принципом підтримки над опорною поверхнею

Біографії авторів

Андрій Юлійович Дреус, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Доктор технічних наук, професор

Кафедра аерогідромеханіки та енергомасопереносу

Олена Володимирівна Кравець, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра аерогідромеханіки та енергомасопереносу

Посилання

  1. Yun, L., Bliault, A., Doo, J. (2010). WIG Craft and Ekranoplan. Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-0042-5
  2. Abdul Baki, A., Rossani, N. H. S., Pua’at, A. A., Zhahir, A., Ahmad, M. T., Alias, N. H. (2023). Determination of Aerodynamic and Flight Performance Characteristics of WIG Craft: A Review. Proceedings of Aerospace Society Malaysia, 1 (1), 45–52. Available at: https://www.aerosmalaysia.my/aeros_proceedings/index.php/journal/article/view/6
  3. Park, J., Park, M., Park, J., Park, J. H., Song, C., Nam, B. W., Kim, D. K. (2024). A fuel-efficient pathfinding algorithm for next-generation WIG crafts. Ships and Offshore Structures, 1–9. https://doi.org/10.1080/17445302.2024.2356468
  4. Joiner, K. F., Swidan, A. A. (2023). Conceptualising a Hybrid Flying and Diving Craft. Journal of Marine Science and Engineering, 11 (8), 1541. https://doi.org/10.3390/jmse11081541
  5. Patria, D., Rossi, C., Fernandez, R. A. S., Dominguez, S. (2021). Nonlinear Control Strategies for an Autonomous Wing-In-Ground-Effect Vehicle. Sensors, 21 (12), 4193. https://doi.org/10.3390/s21124193
  6. Joiner, K. F., Swidan, A., Jewson, E., Carroll, N., Champ, D., Shpak, G. (2021). Submersible Seaplanes as the Path to Hybrid Flying and Diving Craft. Proceedings of the International Symposium on Unmanned Systems and Defense Industry 2021.
  7. Pedroz, R. (2023), Russia-Ukraine Conflict: The War at Sea. International Law Studies, 100, 1–61. Available at: https://digital-commons.usnwc.edu/ils/vol100/iss1/1/
  8. Dreus, A., Aleksieienko, S., Nekrasov, V. (2024). Determining the aerodynamic performance of a high-speed unmanned marine wig craft. Applied Mechanics, 4 (7 (130)), 41–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.309708
  9. Karpuk, S. (2024). Constraint analysis methodology for ground-effect vehicle conceptual design. Ocean Engineering, 308, 118252. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.118252
  10. Eppler, R. (1990). Airfoil Design and Data. Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-02646-5
  11. Loutun, M. J. T., Didane, D. H., Mohideen Batcha, M. F., Abdullah, K., Mohd Ali, M. F., Mohammed, A. N., Afolabi, L. O. (2021). 2D CFD Simulation Study on the Performance of Various NACA Airfoils. CFD Letters, 13 (4), 38–50. https://doi.org/10.37934/cfdl.13.4.3850
  12. Bayram, H. (2022). Numerical investigation of airfoils aerodynamic performances. International Journal of Energy Applications and Technologies, 9 (1), 1–5. https://doi.org/10.31593/ijeat.1033107
  13. Ahmed, M. R., Sharma, S. D. (2005). An investigation on the aerodynamics of a symmetrical airfoil in ground effect. Experimental Thermal and Fluid Science, 29 (6), 633–647. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2004.09.001
  14. Tremblay-Dionne, V., Lee, T. (2019). Experimental Study on Effect of Wavelength and Amplitude of Wavy Ground on a NACA 0012 Airfoil. Journal of Aerospace Engineering, 32 (5). https://doi.org/10.1061/(asce)as.1943-5525.0001051
  15. Hsiun, C.-M., Chen, C.-K. (1995). Numerical Investigation of the Thickness and Camber Effects on Aerodynamic Characteristics for Two-dimensional Airfoils with Ground Effect in Viscous Flow. Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, 38, 77–90. Available at: https://www.researchgate.net/publication/292690182_Numerical_investigation_of_the_thickness_and_camber_effects_on_aerodynamic_characteristics_for_two-dimensional_airfoils_with_ground_effect_in_viscous_flow
  16. Thianwiboon, M. (2023). A Numerical Comparative Study of the Selected Cambered and Reflexed Airfoils in Ground Effect. Engineering Journal, 27 (11), 39–51. https://doi.org/10.4186/ej.2023.27.11.39
  17. Li, S., Zhou, D., Zhang, Y., Qu, Q. (2015). Aerodynamic Investigation of RAE2822 Airfoil in Ground Effect. Procedia Engineering, 126, 174–178. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.11.208
  18. Deng, N., Agarwal, R. K. (2022). Numerical simulation of DLR-F6 wing-body flow field in ground effect. Computers & Fluids, 245, 105576. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2022.105576
  19. Zohary, A. C., Asrar, W., Aldheeb, M. (2021). Numerical Investigation on the Pressure Drag of Some Low-Speed Airfoils for UAV Application. CFD Letters, 13 (2), 29–48. https://doi.org/10.37934/cfdl.13.2.2948
  20. Goman, O., Dreus, A., Rozhkevych, A., Heti, K., Karplyuk, V. (2022). Improving the efficiency of Darier rotor by controlling the aerodynamic design of blades. Energy Reports, 8, 788–794. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.162
  21. Alekseyenko, S., Dreus, A., Dron, M., Brazaluk, O. (2022). Numerical Study of Aerodynamic Characteristics of a Pointed Plate of Variable Elongation in Subsonic and Supersonic Gas Flow. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 96 (2), 88–97. https://doi.org/10.37934/arfmts.96.2.8897
  22. Prihod'ko, A. A. (2003). Komp'yuternye tekhnologii v aerogidromekhanike i teplomasoobmene. Kyiv: Naukova dumka, 380.
  23. Sokhatskyi, A., Dreus, A., Radovskyi, M., Horbonos, S. (2024). A review of the problem of modeling the aerodynamics of small-sized ekranoplanes. MATEC Web of Conferences, 390, 04011. https://doi.org/10.1051/matecconf/202439004011
  24. Park, K., Lee, J. (2010). Optimal design of two-dimensional wings in ground effect using multi-objective genetic algorithm. Ocean Engineering, 37 (10), 902–912. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2010.03.001
  25. Joseph, D., Achari, A. K. A., Narayanan, J. P. (2021). Effect of ground on the shape optimisation of a symmetric aerofoil at low angles of attack. Progress in Computational Fluid Dynamics, An International Journal, 21 (4), 209. https://doi.org/10.1504/pcfd.2021.116537
  26. Williamson, G. A., McGranahan, B. D., Broughton, B. A., Deters, R. W., Brandt, J. B., Selig, M. S. (2012). Summary of Low-Speed Airfoil Data. Airfoil Profiles and Performance Plots. Vol. 5. Chap. 4. University of Illinois at Urbana-Champaign. Available at: https://m-selig.ae.illinois.edu/uiuc_lsat/Low-Speed-Airfoil-Data-V5.pdf
Обґрунтування вибору аеродинамічного профілю крила безпілотного літального апарату з динамічним принципом підтримки над поверхнею

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-20

Як цитувати

Дреус, А. Ю., & Кравець, О. В. (2024). Обґрунтування вибору аеродинамічного профілю крила безпілотного літального апарату з динамічним принципом підтримки над поверхнею. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(1 (132), 6–13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.314844

Номер

Том 6 № 1 (132) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Andrii Dreus, Olena Kravets

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.