Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем



Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем
Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем

Владельцы патента RU 2683017:

Акционерное общество "Корпорация "Тактическое ракетное вооружение" (RU)

Изобретение относится к способам проектирования летательных аппаратов. Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем состоит в том, что определяют базовый аэродинамический облик летательного аппарата, на основе базового аэродинамического облика летательного аппарата создают варианты аэродинамического облика, производят расчет аэродинамических характеристик для каждого из N вариантов аэродинамического облика, определяют интегральный критерий оптимизации для каждого варианта аэродинамического облика, выбирают вариант аэродинамического облика, для которого КO имеет максимальное значение; при этом GB - оптимальный расход воздуха, Cxopt - оптимальный коэффициент сопротивления. Изобретение направлено на оптимизацию процесса создания облика летательного аппарата за счет использования интегрального критерия - показателя КO для быстрой экспертной оценки конкурирующих компоновок.

 

Изобретение относится к способам проектирования конструкции летательных аппаратов, например самолетов и высокоскоростных ракет, оснащенных воздушно-реактивными двигателями.

Разработка аэродинамического облика летательного аппарата является сложным итерационным процессом, направленным на поиск рационального сочетания параметров планера и воздухозаборного устройства (ВЗУ), оптимизируемых по своим частным критериям. Оптимизация планера ведется по критерию «максимальное аэродинамическое качество» (где Cxopt - оптимальный коэффициент сопротивления, Cyopt - оптимальный коэффициент подъемной силы) на крейсерском режиме полета для минимизации потребной тяги и, соответственно, расхода топлива. Воздухозаборное устройство оптимизируется, в первую очередь, по критерию «расход воздуха» GB, повышенные значения которого необходимы для реализации потребных запасов тяги и повышения удельного импульса за счет обеднения смеси и повышения полноты сгорания топлива.

Но, как показала практика, при таком подходе попытки улучшения воздухозаборного устройства приводят к значительному ухудшению внешней аэродинамики, а улучшение аэродинамических характеристик планера (зачастую за счет уменьшения площади входа воздухозаборного устройства) приводит к «вырождению» силовой установки из-за уменьшения импульса и из-за невозможности обеспечить тепловой режим ее работы (работа на малых коэффициентах избытка воздуха в камере сгорания αКС).

Известен способ общего проектирования управляемых ракет [1], ориентированный на многоуровневую производительность. Способ общего проектирования позволяет решение широкого спектра задач проектирования, в том числе и проектирование внешнего облика ракеты.

Способ общего проектирования ракет обладает упомянутым выше недостатком и не позволяет добиться оптимизации планера и воздухозаборного устройства одновременно.

Известны методы проектирования самолетов [2], включая методы проектирования аэродинамической компоновки самолетов, а также критерии и методы оценки проектных и конструкторских решений при проектировании самолетов. В состав описанных в источнике [2] методов входит способ проектирования аэродинамической компоновки, наиболее близкий к настоящему изобретению и выбранный в качестве прототипа.

Недостатком способа проектирования аэродинамической компоновки является недостаточная эффективность оптимизации за счет того, что в числе критериев оценки проектных и конструкторских решений отсутствует критерий, позволяющий обеспечить оптимизацию планера и воздухозаборного устройства одновременно.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является создание способа определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем повышенной эффективности, позволяющего сочетать оптимизацию планера с оптимизацией воздухозаборного устройства двигателя.

Техническая проблема решается за счет того, что определяют базовый аэродинамический облик летательного аппарата, на основе базового аэродинамического облика летательного аппарата создают N>1 отличных друг от друга вариантов аэродинамического облика, производят расчет аэродинамических характеристик для каждого из N вариантов аэродинамического облика, при этом определяют интегральный критерий оптимизации для каждого варианта аэродинамического облика, и выбирают вариант аэродинамического облика, для которого KO имеет максимальное значение; при этом GB - оптимальный расход воздуха двигателя, Cxopt - оптимальный коэффициент сопротивления.

Техническим результатом способа определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем является повышение эффективности оптимизации процесса создания облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем за счет использования интегрального критерия-показателя KO для быстрой и безошибочной экспертной оценки конкурирующих компоновок, что, в свою очередь, приводит к сокращению временных и финансовых затрат при формировании облика летательного аппарата, упрощению выбора направлений развития существующих и альтернативных разработок.

При описании способа определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем использованы следующие обозначения:

Сх - коэффициент сопротивления;

Cxopt - оптимальный коэффициент сопротивления;

Су -коэффициент подъемной силы;

Cyopt - оптимальный коэффициент подъемной силы;

g - ускорение свободного падения;

GB - оптимальный расход воздуха - критерий оптимизации «расход воздуха»;

Н - высота полета летательного аппарата;

J - удельный импульс;

Kmax - критерий оптимизации «максимальное аэродинамическое качество»;

KO - интегральный критерий оптимизации;

L - стехиометрический коэффициент топлива;

m - масса летательного аппарата;

Р - тяга двигательной установки;

qt - секундный расход воздуха;

V - скорость полета летательного аппарата;

αКС - коэффициент избытка воздуха в камере сгорания.

Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем заключается в следующем. Исходя из заданных тактико-технических требований, определяют базовый аэродинамический облик летательного аппарата, в том числе выбирают базовую аэродинамическую схему, тип и расположение входа в воздухозаборное устройство, определяют габаритные размеры, массу га летательного аппарата, задают скорость V и высоту полета Н, которые будут общими для всех возможных вариантов. Основные принципы определения базового аэродинамического облика для самолетов приведены в [2], стр. 94-158, основные принципы для высокоскоростных ракет аналогичны.

На основе базового аэродинамического облика создают любым известным способом или способами (например, как описано в [2], стр. 182-203, 364-419, 423-439) N различных вариантов аэродинамического облика, отличающихся друг от друга геометрическими параметрами фюзеляжа, аэродинамических поверхностей, воздухозаборного устройства (включая параметры входа в воздухозаборное устройство, центрального тела, канала воздухозаборного устройства), соотношениями геометрических параметров, взаимным расположением элементов, прочими геометрическими особенностями (при этом N>1, максимальное значение N не ограничено, чем выше N, тем достовернее результат способа определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем и тем больше временные затраты на его осуществление).

Любым известным способом, например, с помощью специализированного программного обеспечения (пример приведен в [2], стр. 546-578), производят расчет аэродинамических характеристик для каждого из N вариантов аэродинамического облика, в том числе Сх, Cxopt, Су, Cyopt, GB, J.

Для каждого из N вариантов аэродинамического облика определяют интегральный критерий оптимизации KO.

Вывод критерия KO:

С одного кг топлива при стехиометрическом коэффициенте L и при коэффициенте избытка воздуха в камере сгорания αКС получаем удельный импульс J . Таким образом, при секундном расходе воздуха qt=GB тяга будет равна:

а секундный расход будет равен:

т.е. расход топлива при равных расходах воздуха зависит только от αКС (уровня теплового дросселирования камеры).

Для летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем с весом mg, летящего на режиме Kmax, при условии H=const и V=const, справедливо записать:

Отсюда имеем:

Анализ альтернативных аэродинамических компоновок при оптимизации облика практически всегда проводится для одной массы изделия (Cyoptl=Cyopt2) и для одинаковых условий полета Н=const, V=const, Cyopt=const. Исходя из этого, а также принимая J1≈J2, для двух конкурирующих аэродинамических обликов можно записать:

m1g=m2g

Таким образом, для каждой компоновки при Н=const, V=const, Cyopt=const:

Вывод: При условии Н=const, V=const, Cyopt=const из N конкурирующих аэродинамических обликов лучшим является аэродинамический облик с наибольшим значением интегрального критерия оптимизации KO=KO max, т.к. его αКС на крейсерском режиме полета будет выше αКСi i-того аэродинамического облика в раз при i=1~N.

Выбирают аэродинамический облик с наибольшим значением интегрального критерия оптимизации KO, принимают его за окончательный вариант аэродинамического облика.

Оптимизация по интегральному критерию KO позволяет отойти от общепринятой практики концептуального проектирования по частным взаимоисключающим критериям, и работать одновременно с основным набором главных проектных параметров. Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем может быть реализован на современной промышленной базе и найти широкое применение в области проектирования летательных аппаратов.

Библиография

[1] Патент Китая № CN 104166764 от 08.02.2017, класс МПК G06F 17/50.

[2] «Проектирование самолетов», издание третье, переработанное и дополненное, под ред. д-ра техн. наук проф. С.М. Егера. Москва, «Машиностроение», 1983. - 616 с.

Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем, при котором определяют базовый аэродинамический облик летательного аппарата, на основе базового аэродинамического облика летательного аппарата создают N>1 отличных друг от друга вариантов аэродинамического облика, производят расчет аэродинамических характеристик для каждого из N вариантов аэродинамического облика, отличающийся тем, что определяют интегральный критерий оптимизации для каждого варианта аэродинамического облика и выбирают вариант аэродинамического облика, для которого KO имеет максимальное значение, при этом GB - оптимальный расход воздуха двигателя, - оптимальный коэффициент сопротивления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам оценки информационных систем типа веб-сайт на соответствие требованиям законодательства о персональных данных. Технический результат настоящего изобретения заключается в автоматическом выявлении нарушения законодательства о персональных данных в информационной системе, которая собирает или обрабатывает личные данные пользователей.

Изобретение относится к лицензированию аппаратного компонента, подключенного к системе обработки данных в реальном времени. Технический результат – обеспечение эффективной конфигурации системы обработки данных в реальном времени с возможностью масштабирования, предотвращающей несанкционированный доступ и неправильное использование аппаратного компонента.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении реалистичности функционирования имитируемых IP-адресов вычислительной сети и повышении результативности защиты за счет устранения демаскирующих признаков средств защиты вычислительной сети.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении защищенности узлов сети связи от СиП КР.

Изобретение относится к способу для разграничения доступа к данным в базе данных. Технический результат заключается в повышении надежности разграничения доступа пользователей к данным, за счет использования слоев данных и политики безопасности на уровне строк.

Изобретение относится к области идентификации абонента. Технический результат – обеспечение возможности задания диапазона функциональности модуля идентификации абонента с учетом обнаруженного местоположения и провайдера мобильной телефонии.

Изобретение относится к области компьютерной техники. Техническим результатом является упрощение процессов проектирования, разработки, тестирования и сопровождения программных реализаций сложных вычислительных методов.

Изобретение относится к системе управления POS-терминальной сети. Технический результат заключается в автоматизации централизованного управления POS-терминалами.

Изобретение относится к защите конфиденциальной информации, а именно к обработке видеоинформации, полученной с камер видеонаблюдения, с целью сокрытия приватной информации в видеоархиве.

Изобретение относится к геоинформационным системам. Технический результат – снижение временных затрат оператора на конфигурирование электронного атласа с векторными пространственными данными из различных источников путем формирования данных для электронного атласа и применения к ним операций ввода, редактирования, выборки, соединения, агрегации, фильтрации, сортировки.

Изобретение относится к области технического исследования надежности механической конструкции и может быть использовано в горном деле для оценки работоспособности шахтного подъемного оборудования.

Изобретение относится к области цифровых вычислительных систем для обработки входной информации о характеристиках боевых средств противоборствующих сторон. Техническим результатом является обеспечение двухэтапного моделирования одновременного боя с группировками противника с учетом разнородности характеристик боевых средств группировок.

Изобретение относится к области цифровых вычислительных систем для обработки входной информации о характеристиках боевых средств противоборствующих сторон. Техническим результатом является обеспечение двухэтапного моделирования одновременного боя с группировками противника с учетом разнородности характеристик боевых средств группировок.

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат – обеспечение защиты данных 3D изображения за счет преобразования данных 3D изображения в частично рандомизированный массив.

Изобретение относится к способу определения опорных параметров переходной опоры для очистного забоя смешанного типа при использовании закладки и механизированной опоры.

Группа изобретений относится к вычислительной технике и может быть использована для вычисления градиента. Техническим результатом является обеспечение вычисления градиента основанной на данных функциональной модели.

Изобретение относится к средствам обработки данных, относящихся к автотранспортным средствам, с целью последующего графического построения электрических схем электрических систем.

Изобретение относится к средствам обработки данных, относящихся к автотранспортным средствам, с целью последующего графического построения электрических схем электрических систем.

Изобретение относится к способу прогнозирования точки помпажа компрессора. Технический результат заключается в автоматизации прогнозирования помпажа в рабочей характеристике газового компрессора посредством расчета CFD.

Изобретение относится к способу прогнозирования точки помпажа компрессора. Технический результат заключается в автоматизации прогнозирования помпажа в рабочей характеристике газового компрессора посредством расчета CFD.

Комплекс средств обеспечения эксплуатации летательных аппаратов содержит вводно-распределительный модуль, энергетический модуль, модуль генератора электрической энергии, серверный модуль, модуль хранения данных, модуль диспетчерского управления, каждый из которых содержит системы кондиционирования, вентиляции, освещения и пожарной сигнализации, контроля и управления доступом, автономную систему пожаротушения, автоматизированную систему диспетчерского управления.

Изобретение относится к способам проектирования летательных аппаратов. Способ определения аэродинамического облика летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем состоит в том, что определяют базовый аэродинамический облик летательного аппарата, на основе базового аэродинамического облика летательного аппарата создают варианты аэродинамического облика, производят расчет аэродинамических характеристик для каждого из N вариантов аэродинамического облика, определяют интегральный критерий оптимизации для каждого варианта аэродинамического облика, выбирают вариант аэродинамического облика, для которого КO имеет максимальное значение; при этом GB - оптимальный расход воздуха, Cxopt - оптимальный коэффициент сопротивления. Изобретение направлено на оптимизацию процесса создания облика летательного аппарата за счет использования интегрального критерия - показателя КO для быстрой экспертной оценки конкурирующих компоновок.

Наверх