Расчет дальнего вихревого следа с учетом влияния пограничного слоя на поверхности аэродрома для самолета В-727. Сравнение расчета с летным экспериментом

Для решения поставленной задачи в программу расчета была вклю­чена процедура, численно реализующая метод, приведенный в разд. 7.4. На каждом шаге интегрирования определялось положение центров вихревых жгутов Гі и Г2 самолета, а затем вычислялось распределение скорости uzg вдоль поверхности земли (вдоль оси 0z на рис. 7.8). При этом полагалось, что uzg = uz (y = 0).

Для обеспечения условия непротекания, как уже отмечалось, в си­стему добавляли фиктивные отраженные вихри как для основных вихрей самолета Гі, Г2, так и для дополнительных вихрей Г3, Г4. Полная расчетная схема вихревой системы приведена на рис. 7.9. Число основных вихрей при расчете составляло 62, число вторичных к концу расчета достигало 120.

В соответствии с изложенной методикой был выполнен расчет даль­него вихревого следа самолета В-727 с учетом влияния пограничного слоя земли при высоте полета H = 40 м, 60 м и 80 м. Один вариант расчета на персональном компьютере ближнего и дальнего вихревых следов самолета в течение первых 120 с полета при фиксированных высоте, скорости Бокового ветра и степени турбулентности атмосферы занимает около одной минуты. Аналогичные расчеты на основе моде­лирования крупных вихрей (уравнения Навье-Стокса и подсеточная модель турбулентности) для заданных геометрии вихревых жгутов и циркуляции требуют использования суперкомпьютера [9]. С приме­нением для этой цели кластера высокопроизводительных ПК время расчета превышает 1000 ч [33].

На рис. 7.10 представлены результаты расчета дальнего вихрево­го следа самолета В-727 при полете с посадочной скоростью 79м/с на высоте 40 м в функции времени t при наличии (а) и отсутствии (б) слабого бокового ветра со скоростью Vw = 1м/с (угол отклонения закрылков = 25°, угол атаки а = 5,6°).

Здесь приведены зависимости от времени высоты первичных вихрей y(t), а также их координат z(t) в течение 120 с полета. В верхней части показано положение первичных вихрей (вид сзади) в разные моменты времени, а также вторичных вихрей, под действием которых происходит деформация первичных вихрей. При этом высота подскока на 80-й секунде достигает 20м. Тонкими линиями на графиках y(t) и z(t) показаны изменения этих координат для невязкого газа, когда вторичные вихри отсутствуют. Аналогичные расчеты были выполнены также для высот полета 60 м и 80 м, где высота подскока составляла примерно 30 м на 95-й и 120-й секундах.

Представляют интерес также аналогичные расчеты для того же самолета при высокой степени турбулентности атмосферы є = q/V,, = 1,5%. На рис. 7.11 приведены расчетные результаты для высоты H = 40 м, из которых следует, что повышенная турбулентность приводит к существенному уменьшению высоты подскока и попереч­ного расстояния между вихревыми жгутами.

Весьма интересно сопоставление данных расчета с результатами летного эксперимента по измерению параметров вихревого следа на ре­жимах взлета и посадки. Воспользуемся данными летного эксперимен­та, проводившегося в 1995 г. в аэропорту Мемфис (США) с самолетом В-727 [67]. К сожалению, для малой высоты полета удалось отобрать лишь один эксперимент с удовлетворительными результатами измере­ний. Приведем параметры этого полета, в соответствии с которыми был проведен расчет по изложенной в настоящей работе методике: масса

Рис. 7.10. Результаты расчета дальнего вихревого следа самолета В-727 на ре­жиме посадки при H = 40 м и отсутствии (а) и наличии (б) бокового ветра

(скорость ветра 1 м/с)

63950 кг, высота полета 34,8 м, скорость полета 79,2 м/с, скорость ветра 1,3м/с, угол отклонения закрылков 25°, угол атаки 5,6°.

Результаты расчета в сравнении с данными эксперимента приведены на рис. 7.12. Следует отметить удовлетворительное совпадение экспе­римента и расчета. На основе такого подхода были рассчитаны вих­ревые следы при малых высотах полета (H = 20-80 м) для самолетов В-727, В-747, В-777, А-300, а также для отечественных магистральных самолетов Ту-204 и Ил-96.

Рис. 7.11. Результаты расчета дальнего вихревого следа самолета В-727 на ре-
жиме посадки при H = 40 м и отсутствии (а) и наличии (б) бокового ветра
(скорость ветра 1 м/с) и повышенной турбулентности атмосферы є = 1,5%