Руководитель работы: к.т.н. А . Г. Румянцев

1. Разработка численного метода оптимизации параметров взлётно-посадочной механизации крыльев перспективных самолётов на основе нестационарных осреднённых по Рейнольдсууравнений Навье-Стокса Руководитель работы: к.т.н. А. Г. Румянцев

2. Введение Локальный отрыв Особенности задачи оптимизации механизированных профилей: 1. Большое число варьируемых параметров (форма закрылка и основного профиля в местах их сопряжения, относительные размеры отклоняемых элементов, углы отклонения и расположение этих элементов относительно основной части профиля). 2. Обтекание крыла с отклонённой взлётно-посадочной механизацией носит сложный характер: —сильное взаимное влияние элементов; — во всём диапазоне углов атаки могут возникать отрывы на верхних поверхностях элементов, при этом отрывные зоны имеют развитый пространственный характер; — числа Рейнольдса на элементах механизированного крыла заметно различаются. 3. Описание таких сложных течений возможно лишь на базе полных уравнений аэродинамики — уравнений Навье-Стокса. В то же время современные методы расчёта осреднённых по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса с различными моделями турбулентности имеют определённые ограничения. Локальный отрыв Задача оптимизации разбивается на две подзадачи: 1. Валидацию используемых методов расчёта применительно к задаче обтекания многоэлементного профиля и крыла. 2. Собственно задачу многопараметрической оптимизации. Работа является продолжением цикла работ по теме «Механизация» выполненных в обеспечении Федеральной целевой программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 годы и на период до 2015 года».

3. Цели исследования 1. Обоснование выбора модели турбулентности: — физически адекватно описывающей процессы, происходящие при обтекании механизированного профиля и крыла; — с достаточной точностью рассчитывающих распределённые и интегральные аэродинамические нагрузки, особенно в области критических углов атаки и при наличии больших отрывных зон на элементах многозвенного профиля; 2.Совершенствование методов оптимизации формы и положения элементов многоэлементного профиля и крыла с использованием программных пакетов вычислительной аэродинамики (а именно, адаптация методов оптимизации применительно к данной задаче).

4. Анализ мирового уровня: методы расчёта Методы расчёта обтекания механизированных профилей и крыльев: стационарные и нестационарные осреднённые по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса. Применяемые модели турбулентности: Spalart-Allmaras; Различные варианты модели k-e(RNG, Relizable),k-w SST—shear stress transport, Menter(модель переноса касательных напряжений)EARSM—Explicit algebraic Reynolds Stress Models(явная алгебраическая форма уравнения переноса Рейнольдсовых напряжений);SAS —Scale-Adaptive Simulation; и др.(без и с учётом перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный)

5. Анализ мирового уровня: методы оптимизации Методы оптимизации разбиваются на две категории: 1. Методы, использующие раздельное решение задачи обтекания и задачи оптимизации. В данном случае для обеих задач можно использовать различные решатели, методы и пакеты программ (включая программы с открытым кодом или собственной разработки).2. Методы, использующие совместное решение задачи обтекания и задачи оптимизации —Adjoint method(A. Jameson).(+)Наиболее совершенный метод, обладает максимальной сходимостью, но требует наличие собственного решателя и громоздких преобразований уравнений. (-) Для каждой модели турбулентности необходима модификация дополнительной (adjoint) системы уравнений.

6. Пути решения поставленной задачи 1. Проведение валидации нестационарных моделей турбулентности и моделей учитывающий ламинарно-турбулентный переход применительно к задаче обтекания механизированных отсеков крыльев (профилей) в широком диапазоне углов атаки и скоростей потока на базе сопоставления с экспериментальными данными, полученными при продувках в аэродинамических трубах. 2. Совершенствование методов оптимизации механизированных крыльев (профилей) при наличии большого числа параметров. Оптимизация формы поверхностей элементов механизации.Выбор способа перестроения сеток при проведении оптимизации.

7. Потребные ресурсы Вычислительная техника для проведения расчётов. Высокопроизводительный кластер на 10-40 TFLOPS.На данный момент имеется: несколько высокопроизводительных серверов с общей производительностью около 1-1,5 TFLOPS. доступ к кластеру ССКЦ в Академгородке. Экспериментальные работы. 1. Стенд для проведения испытаний отсеков крыльев в аэродинамической трубе Т-203 СибНИА. 2. Миниатюрные датчики давления. 3. Термоанемометрические датчики. 4. Различные методы визуализация обтекания.

8. Технологии Программное обеспечение необходимое для проведения расчётов. 1. Пакеты программ ANSYSFLUENT v14 и NUMECA. 2. Среда программирования MICROSOFT VISUAL STUDIO,компилятор INTEL VISUAL FORTRAN, а также некоторые библиотеки и утилиты. Экспериментальные работы. Методика сопоставления расчётных и экспериментальных данных.

9. Основные этапы и сроки выполнения работ • Проведение расчётно-экспериментальных работ по валидации моделей турбулентности, учитывающих переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный и нестационарных моделей турбулентности. • Совершенствование методики многопараметрической оптимизации применительно к профилям и отсекам многоэлементных крыльев. Разработка методики оптимизации поверхностей элементов этих крыльев. Разработка метода перестроения сеток в процессе оптимизации. • Совершенствование методики многопараметрической оптимизации применительно к проектированию механизированных крыльев перспективных ЛА. 2013г. 2014г. 2015г.

10. Ожидаемые результаты Сокращение сроков проектирования механизации крылав 3-4 раза.(в частности, уменьшения числа испытаний в аэродинамических трубах) Уменьшение стоимости работ проектирования механизации крыла. Повышение точности получаемых результатов в широком диапазоне режимов полёта, вплоть до критических углов атаки. Соответствие выбранной тематики Гос. программе «Развитие гражданской авиации» Результаты работы могут быть использованы при проведении работ по проектированию механизации крыльев пассажирских и транспортных самолётов: — самолёта 2020; — самолёта SSJ-NG; —модификации самолёта МС-21; — самолёта СДС; — самолётов малой авиации.

11. Спасибо за внимание!