Record Details

FUSELAGE SHAPE OPTIMIZATION AIMED AT WING-FUSELAGE CONFIGURATION DRAG REDUCTION AT SUPERSONIC SPEEDS

Civil Aviation High TECHNOLOGIES

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title FUSELAGE SHAPE OPTIMIZATION AIMED AT WING-FUSELAGE CONFIGURATION DRAG REDUCTION AT SUPERSONIC SPEEDS
ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ ФЮЗЕЛЯЖА, НАПРАВЛЕННАЯ НА УМЕНЬШЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КОМПОНОВКИ «КРЫЛО - ФЮЗЕЛЯЖ» ПРИ СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ
 
Creator Никита Агеев Дмитриевич; ЦАГИ
Александр Павленко Алексеевич; ЦАГИ, МФТИ
 
Subject аэродинамическое сопротивление; сверхзвуковые скорости; самолет; оптимизация; фю- зеляж; уравнения Рейнольдса; вычислительная аэродинамика
 
Description The problem of fuselage shape optimization of the wing-body configuration is considered in the following three formulations. In the first one, the angle of attack is fixed and equal to zero, the wing has a symmetric airfoil, and the fuse- lage is based on circular cross sections. In the second one, the fuselage cross sections are elliptical. In the third one, the angle of attack is varied, the lifting force coefficient is fixed, the wing is preliminary optimized, the fuselage is designed by the cross sections that consist of upper and lower half-ellipses with a possibility of a shift along vertical axis. The configu- ration volume, fuselage length, shape and position of the wing are fixed. The drag coefficient is the objective function. The optimization is carried out by the Indirect Optimization based on Self-Organization (IOSO) technology. Aerodynamic coef- ficients are obtained from the solution of the RANS equations with SST turbulence model by the ANSYS CFX software on the structured multiblock meshes. The results obtained by the optimization are compared with the configuration that is de- signed by traditional means. The fuselage of this configuration has a cylindrical part in the area of the wing-fuselage con- nection and nose part of the von Karman’s ogive shape. The solution of the optimization problem in the first formulation reduces drag coefficient at zero angle of attack by approximately 3 %. The use of the fuselage with elliptical cross sections makes it possible to reduce drag coefficient at zero angle of attack by 9 %. The solution of the optimization problem in first two formulations reduces drag coefficient at the wide range of angles of attack. When the lifting coefficient is selected for the third problem formulation as constraint the drag reduction is about 7 %. Additional drag reduction of about 2,5 % is obtained by the use of the fuselage asymmetric relative to the horizontal plane. The optimal fuselage design has a specific grotto in the lower part of the fuselage - the constriction from the sides with continuing height growth. The nose part of the optimal fuselage is widened, has a triangular shape in the top view and is deflected down.
В работе рассмотрена оптимизация формы фюзеляжа в конфигурации «крыло - фюзеляж». Рассмотрено три постановки задачи. В первой угол атаки зафиксирован и равен нулю, крыло имеет симметричный профиль, а фюзеляж задается круговыми сечениями. Во второй фюзеляж задается эллиптическими сечениями. В третьей угол атаки варьируется, коэффициент подъемной силы зафиксирован, крыло предварительно оптимизировано, а фюзе- ляж задается сечениями, состоящими из верхнего и нижнего полуэллипсов с возможностью смещения сечения вдоль вертикальной оси. Во всех постановках задачи объем компоновки, длина фюзеляжа, форма и положение крыла, форма первого и последнего сечений фюзеляжа зафиксированы. В роли целевой функции выступает коэф- фициент сопротивления. Оптимизация проведена с помощью непрямого метода оптимизации, основанного на са- моорганизации. Аэродинамические коэффициенты получались в результате решения уравнений Рейнольдса с за- мыканием по модели турбулентности SST в коммерческом программном пакете Ansys CFX на структурированных многоблочных расчетных сетках. Результаты оптимизации сравниваются с конфигурацией, спроектированной тра- диционным образом. Фюзеляж этой конфигурации имеет цилиндрический участок в области стыка с крылом и носовую часть в виде оживала Кармана. Решение задачи оптимизации в первой постановке снижает коэффициент сопротивления компоновки «крыло - фюзеляж» при нулевом угле атаки примерно на 3 %. Использование фюзеля- жей эллиптического сечения позволяет снизить коэффициент сопротивления на нулевом угле атаки на 9 %. Реше- ние задач оптимизации в первых двух постановках позволяет снизить сопротивление в широком диапазоне углов атаки. При коэффициенте подъемной силы, выбранном для третьей постановки задачи в качестве ограничения, величина уменьшения сопротивления составляет порядка 7 %. Дальнейшее снижение сопротивления за счет ис- пользования вариации формы фюзеляжа, несимметричной относительно горизонтальной плоскости, составляет порядка 2,5 %. При этом фюзеляж оптимальной конфигурации имеет характерный подфюзеляжный «грот» - под- жатие с боков при продолжающемся нарастании высоты. Носовая часть оптимального фюзеляжа расширена, имеет треугольную форму в плане и отклонена вниз.
 
Publisher Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)
 
Date 2017-01-13
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
 
Format application/pdf
 
Identifier http://avia.mstuca.ru/jour/article/view/992
 
Source Civil Aviation High TECHNOLOGIES; Том 19, № 6 (2016); 110-117
Научный вестник МГТУ ГА; Том 19, № 6 (2016); 110-117
2079-0619
 
Language rus
 
Relation http://avia.mstuca.ru/jour/article/view/992/871
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).