RU2724025C1 - Model for investigating aircraft landing on water - Google Patents
Model for investigating aircraft landing on water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724025C1 RU2724025C1 RU2019116754A RU2019116754A RU2724025C1 RU 2724025 C1 RU2724025 C1 RU 2724025C1 RU 2019116754 A RU2019116754 A RU 2019116754A RU 2019116754 A RU2019116754 A RU 2019116754A RU 2724025 C1 RU2724025 C1 RU 2724025C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- model
- fuselage
- water
- landing
- riblets
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C21/00—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow
- B64C21/10—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow using other surface properties, e.g. roughness
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M17/00—Testing of vehicles
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области экспериментальной гидродинамики и аэродинамики, а именно к исследованиям на моделях процесса аварийной посадки на воду самолётов.The invention relates to the field of experimental hydrodynamics and aerodynamics, namely to research on models of the process of emergency landing on water aircraft.
Для исследования процесса аварийной посадки самолёта на воду используются динамически подобные свободно летающие модели, запускаемые катапультой. [Fisher L.J. and Hoffman EX. Ditching Investigation of Dynamic Models and Effects of Design Parameters on Ditching Characteristics. NACA Report 1958, №1347 (Технический перевод ЦАГИ №9885, 1959 г.)]. Модель подобна натурному самолёту по геометрии, массе, положению центра масс и моментам инерции. Моделирование динамики v посадки требует соблюдения подобия по критерию Фруда где V - скорость посадки натурного самолёта или модели, - характерный размер самолёта или модели, - ускорение силы тяжести. При этом скорость посадки модели где V H - скорость посадки самолёта. Масштаб модели М выбирается в соответствии с возможностями существующих экспериментальных комплексов и составляет обычно от М=1:8 до М=1:30. Основным фактором, влияющим на обтекание фюзеляжа самолёта или модели водой, является его гладкая форма, которая приводит к очень сильной зависимости характера обтекания фюзеляжа от скорости движения. Для тел гладких форм могут существовать два основных режима обтекания - безотрывный и отрывной. При малых скоростях вода плавно обтекает погруженную часть тела со сходом струй с кормовой оконечности. В этом случае имеет место обширная зона разрежений. При очень больших скоростях реализуется «отрывное» обтекание, обычно в этом случае линия отрыва близка к линии перехода цилиндрической центральной части фюзеляжа в сужающуюся хвостовую. В зависимости от этого гидродинамическая подъемная сила меняется в очень широких пределах с изменением знака. Натурная скорость посадки самолёта имеет величину порядка 60+80 м/с. При таких скоростях процесс взаимодействия самолёта с поверхностью воды происходит примерно так же, как при посадке гидросамолёта - поток воды отрывается от поверхности днища фюзеляжа и хвостовая его часть не взаимодействует с водой, а на фюзеляже в зоне контакта с водой возникают только положительные давления. При посадке модели со скоростями порядка 15+25 м/с, соответствующими моделированию по критерию Фруда, отрыва потока не происходит, и на нижней поверхности центральной части фюзеляжа возникают зоны положительных давлений, а на нижней поверхности хвостовой части - отрицательных давлений. Возникновение зон отрицательных давлений на нижней поверхности хвостовой части приводит к засасыванию в воду хвостовой части модели и несоответствию динамики движения модели динамике натурного самолёта. При движении модели по воде, вследствие засасывания в воду хвостовой части, происходит увеличение угла тангажа до значений более 60°. В то время как при известных натурных посадках самолёта на воду значительного увеличения угла тангажа не наблюдалось, из-за невыполнения подобия по критерию Эйлера (где Р0 - атмосферное давление). Число Эйлера является определяющим при моделировании отрывных течений. [Шорыгин О.П., Беляевский А.Н., ГонцоваЛ.Г. Моделирование вынужденной посадки авиационно-космической техники на воду, Журнал «Полет», М., 2008, стр. 104-105]. Для устранения этого масштабного эффекта необходимо при испытаниях модели со скоростями, выбранными из условия подобия по числу Фруда, искусственно организовать отрывное обтекание водой хвостовой части фюзеляжа, соответствующее условиям натурной посадки самолёта.To study the process of an emergency landing of an aircraft on water, dynamically similar freely flying models launched by a catapult are used. [Fisher L.J. and Hoffman EX. Ditching Investigation of Dynamic Models and Effects of Design Parameters on Ditching Characteristics. NACA Report 1958, No. 1347 (Technical translation of TsAGI No. 9885, 1959)]. The model is similar to a full-scale airplane in geometry, mass, position of the center of mass and moments of inertia. Dynamic modelingvlanding requires compliance with similarity according to the Froude criterion WhereV -landing speed of a full-scale aircraft or model, - the characteristic size of the aircraft or model, - acceleration of gravity. At the same time, the landing speed of the model WhereV H - aircraft landing speed. The scale of model M is selected in accordance with the capabilities of existing experimental complexes and is usually from M = 1: 8 to M = 1: 30. The main factor affecting the flow of the aircraft or model around the fuselage of water is its smooth shape, which leads to a very strong dependence of the nature of the flow of the fuselage on the speed of movement. For bodies of smooth forms, there can be two main flow regimes - continuous and tear-off. At low speeds, water smoothly flows around the submerged part of the body with the descent of the jets from the aft end. In this case, there is an extensive rarefaction zone. At very high speeds, “tear-off” flow is realized, usually in this case the separation line is close to the line of transition of the cylindrical central part of the fuselage to the tapering tail. Depending on this, the hydrodynamic lifting force varies over a very wide range with a change in sign. The full-scale landing speed of an airplane is of the order of 60 + 80 m / s. At such speeds, the process of interaction of the aircraft with the surface of the water occurs in much the same way as when landing a seaplane - the water flow breaks away from the surface of the bottom of the fuselage and its tail does not interact with water, and only positive pressures arise on the fuselage in the zone of contact with water. When landing a model with velocities of the order of 15 + 25 m / s, corresponding to modeling according to the Froude criterion, flow separation does not occur, and positive pressure zones appear on the lower surface of the central part of the fuselage, and negative pressures arise on the lower surface of the rear. The occurrence of negative pressure zones on the lower surface of the tail end leads to the suction of the tail of the model into the water and the mismatch between the dynamics of the model and the dynamics of the full-scale aircraft. When the model moves through water, due to the suction of the tail portion into the water, the pitch angle increases to values over 60 °. While with the known full-scale landing of the aircraft on water, a significant increase in the pitch angle was not observed, due to the failure of similarity by Euler's criterion (where P0 - Atmosphere pressure). The Euler number is decisive in the simulation of separated flows. [Shorygin O.P., Belyaevsky A.N., Gontsova L.G. Simulation of the forced landing of aerospace equipment on water, "Flight" Magazine, M., 2008, pp. 104-105]. To eliminate this large-scale effect, it is necessary, when testing a model with speeds selected from the condition of similarity by the Froude number, to artificially organize tear-off water flow around the rear of the fuselage corresponding to the conditions of full-scale landing.
В качестве прототипа рассмотрим модель самолёта, в которой отрывной режим обтекания фюзеляжа обеспечивается при испытаниях путём подвода воздуха в зону разрежений из полости фюзеляжа через систему дренажных отверстий, расположенных на нижней поверхности хвостовой части фюзеляжа модели в зоне возникновения отрицательных давлений. [Шорыгин О.П., Беляевский А.Н., Гонцова Л.Г. Моделирование вынужденной посадки авиационно-космической техники на воду, Журнал «Полет», М., 2008, стр. 104-105]. Для организации подачи воздуха в зону разрежений, в хвостовой части модели изготавливается специальный отсек с дренированной нижней поверхностью, отделённый от остальной полости модели герметичными перегородками. В верхней части отсека изготавливаются воздухозаборные отверстия для организации подачи воздуха в зону дренажа.As a prototype, we consider an airplane model in which the detachable flow regime of the fuselage is ensured during tests by supplying air to the rarefaction zone from the fuselage cavity through a system of drainage holes located on the lower surface of the rear fuselage of the model in the zone of negative pressure. [Shorygin O.P., Belyaevsky A.N., Gontsova L.G. Simulation of the forced landing of aerospace equipment on water, "Flight" Magazine, M., 2008, pp. 104-105]. To organize air supply to the rarefaction zone, a special compartment with a drained lower surface, which is separated from the rest of the model’s cavity by airtight partitions, is made in the rear of the model. In the upper part of the compartment, air inlets are made to organize air supply to the drainage zone.
Модель с системой дренажа имеет ряд недостатков:A model with a drainage system has several disadvantages:
- В процессе посадки на воду модели самолёта изменяется её положение относительно поверхности воды, в том числе угол тангажа и величина погружения части фюзеляжа, находящейся в соприкосновении с водой. В результате зона контакта с водой в процессе посадки изменяет свою геометрию и расположение относительно фюзеляжа. При этом в зоны дренажа могут частично попадать не только зоны разрежения, но и зоны положительных давлений. В результате этого в процессе посадки возникают не только потоки воздуха в зоны разрежений, но и потоки воды, направленные вверх и попадающие внутрь модели.- In the process of landing on the water of an airplane model, its position relative to the surface of the water changes, including the pitch angle and the immersion value of the part of the fuselage that is in contact with water. As a result, the contact zone with water during the landing process changes its geometry and location relative to the fuselage. Moreover, not only rarefaction zones, but also zones of positive pressures can partially get into the drainage zones. As a result of this, during the landing process, not only air flows into the rarefaction zones arise, but also water flows directed upward and entering the model.
- В процессе приводнения вода, попадая в дренажные отверстия, образует фонтан. Этот фонтан может какое -то время препятствовать поступлению воздуха в дренажную систему. Кроме того, вода, попавшая внутрь корпуса модели, изменяет её вес и центровку, а потеря импульса, унесённого водяным фонтаном, приводит к изменению величины гидродинамической силы и смещению положения её равнодействующей. Создание дренажной системы увеличивает трудоёмкость изготовления модели и подготовки модели к испытаниям, так как помимо изготовления специального отсека внутри модели, сверления множества отверстий, требует проведения предварительных исследований по определению положения и формы дренированной части фюзеляжа, диаметра отверстий и расстояний между ними.- During the splashdown process, water entering the drainage holes forms a fountain. This fountain may interfere with the flow of air into the drainage system for some time. In addition, the water entering the model’s body changes its weight and centering, and the loss of momentum carried away by the water fountain leads to a change in the hydrodynamic force and a displacement of its resultant position. Creating a drainage system increases the complexity of manufacturing the model and preparing the model for testing, since in addition to manufacturing a special compartment inside the model, drilling many holes, it requires preliminary studies to determine the position and shape of the drained fuselage, the diameter of the holes and the distances between them.
Техническим результатом предложенного изобретения является устранение указанных недостатков прототипа и повышение точности моделирования вынужденной посадки самолётов на воду, а также уменьшение трудоёмкости изготовления модели и подготовки её к испытаниям.The technical result of the proposed invention is the elimination of these disadvantages of the prototype and improving the accuracy of modeling the emergency landing of aircraft on water, as well as reducing the complexity of manufacturing the model and preparing it for testing.
Технический результат достигается тем, что в модели для исследования посадки самолёта на воду, содержащей фюзеляж гладкой формы с приподнятой хвостовой частью, в хвостовой части установлены кольцевые риблеты, охватывающие фюзеляж модели. Риблеты установлены с шагом 0,2-0,3 ширины фюзеляжа модели на участке длиной 0,5-1 ширины фюзеляжа модели, начиная от места подъёма хвостовой части. Риблеты изготовлены из проволоки диаметром 2-3 мм.The technical result is achieved by the fact that in the model for studying the landing of an aircraft on water containing a smooth fuselage with a raised tail, annular riblets are installed in the tail part, covering the model fuselage. Riblets are installed in increments of 0.2-0.3 of the width of the fuselage of the model in a section 0.5-1 of the width of the fuselage of the model, starting from the place of lifting the tail. Riblets are made of wire with a diameter of 2-3 mm.
На Фиг. 1 изображена модель самолёта, с установленными кольцевыми риблетами.In FIG. 1 shows a model of an airplane with ring riblets installed.
На Фиг. 2 приведена фотография посадки на воду модели, не имеющей специальных устройств для создания отрывного обтекания.In FIG. Figure 2 shows a photograph of a model landing on water that does not have special devices for creating tear-off flow.
На Фиг. 3 приведена фотография посадки на воду модели с риблетами.In FIG. Figure 3 shows a photograph of the landing on the water of a model with riblets.
На Фиг. 4 приведена схема обтекания водой фюзеляжа натурного самолёта с распределением давлений вдоль его нижней поверхности при движении по поверхности воды.In FIG. 4 is a diagram of the flow around the fuselage of a full-scale aircraft with pressure distribution along its lower surface when moving along the water surface.
На Фиг. 5 приведена схема обтекания водой фюзеляжа модели, не имеющей специальных устройств для создания отрывного обтекания, и распределения давлений вдоль нижней поверхностиIn FIG. Figure 5 shows a diagram of the water flow around the fuselage of a model that does not have special devices for creating tear-off flow and pressure distribution along the lower surface
На Фиг. 6 приведена схема обтекания водой фюзеляжа модели с установленными в хвостовой части кольцевыми риблетами.In FIG. Figure 6 shows a diagram of the water flow around the fuselage of a model with ring riblets installed in the rear.
Модель состоит из центральной цилиндрической части фюзеляжа гладкой формы 1 и сужающейся приподнятой хвостовой части 2. На поверхности фюзеляжа в области зоны разрежений, расположенной в хвостовой части 2, установлены поперечные кольцевые риблеты 3, изготовленные из проволоки, охватывающие фюзеляж модели. Риблеты 3 установлены с шагом 0,2-0,3 ширины фюзеляжа 1 модели на участке длиной 0;5-1 ширины фюзеляжа модели, начиная от места подъёма хвостовой части 2 (места перехода цилиндрической центральной части фюзеляжа в оживальную хвостовую часть). Риблеты 3 изготовлены из проволоки диаметром 2-3 мм.The model consists of a central cylindrical part of the fuselage of smooth shape 1 and a tapering raised
Устройство работает следующим образом. При движении модели по поверхности воды воздух, с помощью риблетов, поступает по боковой поверхности фюзеляжа в зону разрежений на нижней поверхности хвостовой части и вызывает там отрыв потока, соответствующий условиям посадки натурного самолёта. При посадке модели на поверхность воды риблеты выполняют роль мини-кавитаторов, за которыми вначале возникают каверны небольшой протяжённости в горизонтальном направлении, но охватывающие всю погружённую часть риблета. Через эту каверну, открытую в области пересечения фюзеляжа со свободной поверхностью воды, воздух по боковой поверхности фюзеляжа устремляется в зону разрежений и создаёт общую обширную каверну, то есть зону отрыва потока воды, соответствующую натурным условиям посадки самолёта на воду. Установка риблетов позволяет устранить возможность попадания воды внутрь фюзеляжа, изменяющей массу и центровку модели, и позволяет более точно моделировать величину гидродинамической подъёмной силы и точку её приложения при движении модели по поверхности воды.The device operates as follows. When the model moves along the surface of the water, air, through the riblets, enters the lateral surface of the fuselage into the rarefaction zone on the lower surface of the rear part and causes a flow separation there corresponding to the landing conditions of a full-scale aircraft. When the model lands on the water surface, the riblets act as mini-cavitators, after which caverns of small length in the horizontal direction, but covering the entire submerged part of the riblet, first appear. Through this cavity, which is open at the intersection of the fuselage with the free surface of the water, the air rushes along the side surface of the fuselage into the rarefaction zone and creates a general vast cavity, that is, the zone of separation of the water flow corresponding to the natural conditions for the aircraft to land on water. The installation of riblets allows eliminating the possibility of water entering the fuselage, which changes the mass and centering of the model, and allows you to more accurately simulate the magnitude of the hydrodynamic lifting force and the point of its application when the model moves along the surface of the water.
Конструкция модели с риблетами намного проще конструкции модели с дренажем, и не требует проведения предварительных исследований, что значительно снижает трудоёмкость изготовления модели и подготовки её к испытаниям.The design of the model with riblets is much simpler than the design of the model with drainage, and does not require preliminary studies, which significantly reduces the complexity of manufacturing the model and preparing it for testing.
Эффективность предложенной модели подтверждается результатами катапультных испытаний динамически подобной модели самолёта. При посадке на воду модели без риблетов (Фиг. 2) сразу после приводнения происходило засасывание в воду хвостовой части фюзеляжа, что приводило к резкому увеличению угла тангажа. Это свидетельствует о наличии значительной зоны разрежений на нижней поверхности хвостовой части. Приводнение модели с риблетами, при той же посадочной скорости, происходило с небольшими углами тангажа, что свидетельствует о наличии отрыва потока от нижней поверхности хвостовой части. Таким образом обеспечивается обтекание водой фюзеляжа, соответствующее условиям посадки на воду натурного самолёта (Фиг. 3).The effectiveness of the proposed model is confirmed by the results of catapult tests of a dynamically similar model of an airplane. When the model without riblets was landing on water (Fig. 2), immediately after splashing, the tail of the fuselage was sucked into the water, which led to a sharp increase in the pitch angle. This indicates the presence of a significant rarefaction zone on the lower surface of the tail. The flooding of the model with riblets, at the same landing speed, occurred with small pitch angles, which indicates the presence of flow separation from the lower surface of the tail. This ensures that the water flows around the fuselage, corresponding to the conditions of landing on the water full-scale aircraft (Fig. 3).
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116754A RU2724025C1 (en) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | Model for investigating aircraft landing on water |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116754A RU2724025C1 (en) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | Model for investigating aircraft landing on water |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019116754A3 RU2019116754A3 (en) | 2020-01-17 |
RU2724025C1 true RU2724025C1 (en) | 2020-06-18 |
Family
ID=69171237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019116754A RU2724025C1 (en) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | Model for investigating aircraft landing on water |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2724025C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1579841A1 (en) * | 1988-01-05 | 1990-07-23 | Калининградский технический институт рыбной промышленности и хозяйства | Shipъs model |
WO2009083622A1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-09 | Munoz Saiz Manuel | System and method for reducing the frictional resistance of fluids on the surface of boats and aircraft |
US8226038B2 (en) * | 2009-03-18 | 2012-07-24 | Lockheed Martin Corporation | Microvanes for aircraft aft body drag reduction |
EP2537742A2 (en) * | 2011-06-21 | 2012-12-26 | Chen-Hsin Mei | The method of reducing resistance of streamlined body of a vehicle and its applications |
US20150053289A1 (en) * | 2013-08-22 | 2015-02-26 | Airbus Defence and Space GmbH | Structural Component With a Riblet Surface |
-
2019
- 2019-05-30 RU RU2019116754A patent/RU2724025C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1579841A1 (en) * | 1988-01-05 | 1990-07-23 | Калининградский технический институт рыбной промышленности и хозяйства | Shipъs model |
WO2009083622A1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-09 | Munoz Saiz Manuel | System and method for reducing the frictional resistance of fluids on the surface of boats and aircraft |
US8226038B2 (en) * | 2009-03-18 | 2012-07-24 | Lockheed Martin Corporation | Microvanes for aircraft aft body drag reduction |
EP2537742A2 (en) * | 2011-06-21 | 2012-12-26 | Chen-Hsin Mei | The method of reducing resistance of streamlined body of a vehicle and its applications |
US20150053289A1 (en) * | 2013-08-22 | 2015-02-26 | Airbus Defence and Space GmbH | Structural Component With a Riblet Surface |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2019116754A3 (en) | 2020-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Acosta | Hydrofoils and hydrofoil craft | |
CN103847954B (en) | Telescopic wing | |
CN107436219B (en) | Inlet and exhaust pipeline device in unconventional layout form | |
CN104596729A (en) | Test method for ditching towing tank of fixed-wing airplane model | |
CN104554713A (en) | Resistance reducing coat capable of greatly reducing resistance | |
US10661623B2 (en) | Multi-modal flying airplane and underwater glider | |
Ting et al. | Supersonic configurations at low speeds (SCALOS): Model geometry and aerodynamic results | |
Wei et al. | Experimental study on trans-media hydrodynamics of a cylindrical hybrid unmanned aerial underwater vehicle | |
Diebold et al. | Aerodynamics of a swept wing with ice accretion at low Reynolds number | |
CN110398339A (en) | A kind of condition determination method meeting the multistage full free flight wind tunnel test law of similitude | |
RU2724025C1 (en) | Model for investigating aircraft landing on water | |
Vicroy | Blended-wing-body low-speed flight dynamics: summary of ground tests and sample results | |
CN102602524B (en) | Device moving in water | |
Edwards et al. | Flying emplacement of an underwater glider | |
CN104176253A (en) | Skateboard ship | |
Golubev et al. | Control of separated and vortex flow using perforated aircraft surface | |
Lee et al. | Vortical flow structure near the F/A-18 LEX at high incidence | |
Rothblum | Investigation of methods of delaying or controlling ventilation on surface piercing struts | |
Pearce et al. | The effect of vapour cavitation occurrence on the hydrodynamic performance of an intercepted base-ventilated hydrofoil | |
bin Ibrahim et al. | An underwater glider for subsea intervention: A technical feasibility study | |
KIKUHARA | A study of spray generated by seaplane hulls | |
DIXON | Lift and control augmentation by spanwise blowing over trailing edge flaps and control surfaces | |
Wang et al. | Lift–Drag Performance of a New Unmanned Aerial Vehicle in Different Media and Ground Effect | |
JP2012220018A (en) | Travel machine body within fluid | |
Wang et al. | Hydrodynamic analysis of a SWATH planing USV based on CFD |