10.14489/vkit.2025.03.pp.041-049

DOI: 10.14489/vkit.2025.03.pp.041-049

Февральских А. В.
МЕТОДИКА КОНСТРУИРОВАНИЯ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ КРЫЛА СКОРОСТНОГО АМФИБИЙНОГО СУДНА
(с. 41-49)

Аннотация. Разработка методов определения геометрических параметров формы несущих поверхностей скоростных амфибийных судов, использующих положительное влияние экранного эффекта, – актуальная задача на пути создания новых образцов этого вида транспорта, предназначенных для эксплуатации, в частности, на Севере, в условиях возможного обледенения, оказывающего влияние как на подъемную силу и сопротивление, так и на продольную статическую устойчивость крейсерского полета. На текущий момент нет четко алгоритмизированных методов конструирования аэродинамического профиля экранного крыла по заданным характеристикам несущих свойств и характеристикам устойчивости в условиях обтекания вязким турбулентным потоком. Цель данной работы – разработка такого метода с использованием технологий цифрового моделирования экранной аэродинамики на основе численного решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса методом контрольных объемов. В основе методики построения профиля лежит разработанный автором подход к геометрическому преобразованию координат опорных точек аэродинамического профиля, базирующийся на аппроксимации кривой линии верхней дужки. Разработанная методика апробирована в ходе вычислительных экспериментов с разработанной цифровой моделью построения и обтекания профиля вблизи подвижного экрана. Показано, что смещение максимальной толщины аэродинамического профиля – эффективный инструмент изменения положения аэродинамического фокуса по высоте, который, в свою очередь, является управляющим параметром обеспечения устойчивости крейсерского полета на стадии проектирования скоростного амфибийного судна.

Ключевые слова: цифровая поддержка проектирования; аэродинамический профиль; скоростное амфибийное судно.

Fevralskikh A. V.
METHOD OF DESIGN AND GEOMETRICAL TRANSFORMATION OF HIGHSPEED AMPHIBIOUS VEHICLE AIRFOILS
(pp. 41-49)

Abstract.

The development of methods for determining the geometric parameters of the shape and design of the lifting surfaces of high-speed amphibious vessels using the positive influence of the ground effect is an inportant task on the way to creating new models of this type of transport – in particular, intended for operation in the North, in conditions of possible icing, which affects both the characteristics of lift and drag, and the characteristics of longitudinal static stability of cruising motion. At present, there are no clearly algorithmic methods for designing an aerodynamic profile of a screen wing according to the specified characteristics of the lifting properties and the characteristics of stability in conditions of flow around a viscous turbulent flow. The objective of this work is to develop such a method using digital modeling technologies of screen aerodynamics based on the numerical solution of the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations using the control volume method. The profile construction technique is based on the approach developed by the author to the geometric transformation of the coordinates of the aerodynamic profile reference points, based on the approximation of the curved line of the upper arc. As a result of testing the developed methodology during computational experiments with the developed digital model of constructing and flowing around an airfoil near a movable screen, it was shown that shifting the maximum thickness of the airfoil is an effective tool for changing the position of the aerodynamic focus in height, which, in turn, is a control parameter for ensuring the stability of cruising flight at the design stage of a high-speed amphibious vessel.

Keywords: Digital support of design; Airfoil; Highspeed amphibious vehicle

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. В. Февральских (Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

A. V. Fevralskikh (Nizhny Novgorod State Technical University name after R. E. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Чирков П. Р. Влияние адаптации геометрии профиля крыла на устойчивость экраноплана: специальность: 05.07.02 «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов: автореферат дис. ... канд. техн. наук / Чирков Павел Рудольфович; Сибирский государственный аэрокосмический университет имени М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2006. 21 с.
2. Yilei H., Qiulin Q., Ramesh K., Agarwal. Shape Optimization of an Airfoil in Ground Effect for Application to WIG Craft // Journal of Aerodynamics. 2014. Article ID 931232, 11 pages. https://doi.org/10.1155/2014/931232
3. Jesudasan R., Mariani R., Haniﬁ A. Preliminary Aerodynamic Wing Design Optimization for Wing-in-Ground Effect Aircraft // Proceedings of 33rd Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS 2022). 4–9 September 2022, Stockholm, Sweden.
4. Kyoungwoo Park, Byeong Sam Kim, Juhee Lee, Kwang Soo Kim. Aerodynamics and Optimization of Airfoil under Ground Effect // Engineering and Technology. International Journal of Aerospace and Mechanical Engineering. 2009. V. 3, No. 4.
5. Shape optimization of airfoil in ground effect based on free-form deformation utilizing sensitivity analysis and surrogate model of artificial neural network / Huan Hu, Guiyong Zhang, Daochun Li et al. // Ocean Engineering. 2022. V. 257. No. 111514.
6. Февральских А. В. Разработка методики проектирования аэрогидродинамической компоновки амфибийного судна на воздушной подушке с аэродинамической разгрузкой на основе численного моделирования: специальность 05.08.01 «Теория корабля и строительная механика», 05.08.03 «Проектирование и конструкция судов»: дис. … канд. техн. наук / Февральских Андрей Владимирович; Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. Алексеева]. Нижний Новгород, 2017. 175 с.
7. Иродов Р. Д. Критерий продольной устойчивости экраноплана при полете с постоянной скоростью вблизи экрана // Уч. записки ЦАГИ. 1970. №4. Т. 1. С. 63–74.
8. Жуков В. И. Особенности аэродинамики, устойчивости и управляемости экраноплана. М.: ЦАГИ, 1997. 80 с.
9. Kornev N. V., Matveev K. Complex numerical modeling of dynamics and crashes of wing-in-ground vehicles // 41st Aerospace Science Meeting and Exhibit. 6–9 January 2003. Reno, Nevada. AIAA 2003-600.
10. Fevralskikh A. A development of longitudinal static stability analysis method of a Wing-In-Ground effect vehicle in cruise during the design process // Ocean Engineering. 2021. V. 243. No. 110187. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2021.110187

Eng

1. Chirkov P. R. (2006). The influence of wing profile geometry adaptation on the stability of the ekranoplan. Krasnoyarsk: Sibirskiy gosudarstvennyy aerokosmicheskiy universitet imeni M. F. Reshetneva. [in Russian language]
2. He, Yilei, Qu, Qiulin, Agarwal, Ramesh K. (2014). Shape Optimization of an Airfoil in Ground Effect for Application to WIG Craft. Journal of Aerodynamics, 931232. Retrieved from https://doi.org/10.1155/2014/931232
3. Rejish Jesudasan, Raffaello Mariani, Ardeshir Haniﬁ. (2022). Preliminary aerodynamic wing design optimisation for wing-in-ground effect aircraft. Proceedings of 33rd Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS 2022). Stockholm.
4. Kyoungwoo Park, Byeong Sam Kim, Juhee Lee, and Kwang Soo Kim. (2009). Aerodynamics and Optimization of Airfoil Under Ground Effect World Academy of Science, Engineering and Technology, 3(4.)
5. Huan Hu, Guiyong Zhang, Daochun Li, et al. (2022). Shape optimization of airfoil in ground effect based on free-form deformation utilizing sensitivity analysis and surrogate model of artificial neural network. Ocean Engineering, Vol. 257 111541.
6. Fevral'skih A. V. (2017). Development of a methodology for designing an aerohydrodynamic layout of an amphibious hovercraft with aerodynamic unloading based on numerical modeling: specialty Ship Theory and Structural Mechanics, Design and Construction of Ships. Nizhny Novgorod: Nizhegorodskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet imeni R. E. Alekseeva. [in Russian language]
7. Irodov R. D. (1970). Criterion of longitudinal stability of an ekranoplan during flight at a constant speed near the screen. Uchenye zapiski TsAGI, 1(4), 63 – 74. [in Russian language]
8. Zhukov V. I. (1997). Features of aerodynamics, stability and controllability of the ekranoplan. Moscow: TsAGI. [in Russian language]
9. Kornev N. V., Matveev K. (2003). Complex numerical modeling of dynamics and crashes of wing-in-ground vehicles. Reno: 41st Aerospace Science Meeting and Exhibit. AIAA.
10. Fevralskikh A. (2021). A development of longitudinal static stability analysis method of a Wing-In-Ground effect vehicle in cruise during the design process. Ocean Engineering, Vol. 243 110187. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2021.110187

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

DOI: 10.14489/vkit.2025.03.pp.041-049

Скопируйте DOI статьи и перейдите по ссылке https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-vestnik-kompyuternyh-i-informatsionnyh-tehnologiy

В комментарии к заказу обязательно укажите DOI статьи.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

DOI: 10.14489/vkit.2025.03.pp.041-049

Copy the article DOI and follow the link https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-vestnik-kompyuternyh-i-informatsionnyh-tehnologiy

Please specify the article DOI in the order comments.