Испытания в аэродинамической трубе помогут спроектировать будущий армейский конвертоплан

После более чем трех лет разработки группа исследователей армии США и партнеров по отрасли завершила строительство испытательного стенда, который поможет обосновать дизайн будущих винтокрылых машин армии США.

Команда планирует испытать стенд TiltRotor Aeroelastic Stability Testbed, или TRAST, в массивной аэродинамической трубе в Исследовательском центре NASA в Лэнгли, чтобы оценить эффективность современных моделей устойчивости конвертопланов.

«Это исследовательское усилие призвано обрести уверенность в будущих транспортных средствах с вертикальным подъемом, нацеленных на конвертоплан», — сказал Эндрю Крешок, армейский аэрокосмический инженер Команды развития боевых возможностей армии США, ныне известной как DEVCOM, Армейская исследовательская лаборатория. «Поскольку будущие автомобили разрабатываются без испытаний в аэродинамической трубе, это требует более точных прогнозов устойчивости».

Конвертопланы обладают огромным потенциалом для армии с точки зрения скорости и вертикального подъема. В отличие от большинства самолетов, они могут парить в воздухе, как вертолет, или лететь вперед с огромной скоростью, как самолет, в зависимости от ориентации их роторов.

Возможность переключения между двумя режимами позволяет конвертопланам использовать преимущества винтокрылых самолетов и самолетов в зависимости от ситуации.

«В настоящее время максимальная скорость обычных вертолетов составляет от 160 до 180 узлов», — сказал Крешок. «Конвертопланы могут развивать скорость до 300 узлов. Мы планируем увеличить скорость нашего флота почти вдвое и, таким образом, увеличить дальность полета почти вдвое за то же время полета».

Но, несмотря на свою универсальность, конвертопланы сталкиваются с серьезными проблемами устойчивости из-за размещения невероятно тяжелых двигателей с большими роторами на концах крыльев.

Взаимодействие между пропеллерами и крыльями может вызвать опасное явление, известное как вихревое флаттер, когда сильные аэродинамические силы заставляют конструкцию планера сильно сотрясаться и даже выходить из строя.

В результате конвертопланы сложно сконструировать должным образом, и исследователи продолжают проверять инструменты, необходимые для прогнозирования того, как конвертопланы разных конфигураций будут справляться с вихревым флаттером.

По словам Крешока, TRAST помогает исследователям в разработке современного программного обеспечения для анализа, которое открывает возможности для новых конструкций конвертопланов.

«Вертолеты прошли через много поколений с момента их создания до настоящего времени, но единственный конвертоплан в производстве — это V-22 Osprey», — сказал Крешок. «А инструменты, разработанные для прогнозирования стабильности V-22, были созданы в 1960-х и 1970-х годах. Поскольку сейчас у нас есть лучшие компьютеры, мы можем моделировать столько степеней свободы, сколько нам нужно, по сравнению с инструментами десятилетней давности».

Чтобы предсказать поведение флаттера вихря в TRAST, Крешок и его команда использовали разные коды анализа для разных частей конструкции конвертоплана.

Они использовали структурный код, называемый NASA Structure Analysis, или NASTRAN, для моделирования аэродинамики крыла и две разные программы — Комплексную аналитическую модель аэродинамики винтокрылого аппарата, или CAMRAD, и Систему комплексного анализа вертолетов, RCAS, — для моделирования аэродинамики крыла. винтокрылый аппарат.

С помощью комбинации этих трех программ команда изолировала аэродинамическое поведение отдельных компонентов самолета, а затем использовала эту информацию для оценки границ устойчивости модели TRAST.

После того, как исследователи протестируют модель TRAST в аэродинамической трубе, они могут сравнить, насколько хорошо прогнозы, полученные с помощью кодов анализа, соответствуют фактическому поведению TRAST в условиях сильного вихревого флаттера.

«Мы хотим измерить границу устойчивости, не нарушая при этом модель», — сказал Крешок. «Это сложно, потому что, когда вы приближаетесь к границе устойчивости, вы можете наблюдать, как модель вибрирует и становится более нестабильной. Когда мы наблюдаем, как эта модель трясется из окна, мы должны держать один палец на переключателе, чтобы выключить аэродинамическая труба до того, как модель действительно сломается ».

По словам Крешока, современные конвертопланы, такие как V-22 Osprey, справляются с проблемой вихревого флаттера за счет усиленных планеров и толстых аэродинамических поверхностей, которые значительно увеличивают вес самолета.

Он считает, что TRAST может помочь армии изучить новые возможности конструкции конвертопланов, которые решают проблему флаттера различными способами, например, расширением крыла.

«По сравнению с гражданскими самолетами, армия всегда работает на пределе возможностей», — сказал Крешок. «Чтобы удовлетворить этот спрос, нам необходимо улучшить прогнозы стабильности, чтобы у нас были не только более эффективные самолеты, но и возможность тестировать новые технологии в будущем».

Команда опубликовала свою статью «Предварительные прогнозы флаттера для предстоящих испытаний в аэродинамической трубе с аэроупругим конвертопланом» в материалах 76-го ежегодного форума Общества вертикального полета .

Источник истории:

Материалы предоставлены Исследовательской лабораторией армии США . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.