Numerical simulation of potential, aerodynamics and flight mechanics problem of two aircraft flying nearby.

• Autorzy: Ghmmam A.A. , Goraj Z.

Warianty tytułu

PL

Symulacja numeryczna wzajemnego oddziaływania dwóch samolotów przelatujących blisko siebie z wykorzystaniem aerodynamiki potencjalnej i dynamicznych równań ruchu.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The problem of interference between an aircraft and a strong vortex field, generated by another larger aircraft is addressed in this paper. A combined aerodynamics-flight dynamics model is used in the present study. For the solution of the aerodynamic problem, a potential three-dimensional, unsteady vortex lattice method (UVLM) with closed vortex ring as a singularity is utilised to get a numerical approximation for the governing equation of motion. Time history solution of the longitudinal motion of a small hypothetical, general aviation, aircraft is presented. The vortex generating, large aircraft, is represented by a large wing (swept and tapered), and the small aircraft is represented by a small straight wing and control surface (horizontal stabiliser), with all aerodynamic surfaces assumed to be of zero thickness. The effect of the vortex fiels generated by the large wing, on the initially trimmed approaching small aircraft is investigated through the variation of several parameters, such as, the relative position, and direction of motion. Large changes in the small aircraft aerodynamics are recorded when flight mechanics is included in the solution.

PL

W pracy przedstawiono zagadnienia interferencji małego samolotu z silną strukturą wirową pozostawioną przez inny większy samolot. W tym celu opracowano model matematyczny, uwzględniający wzajemne sprzężenia pomiędzy wartościami sił aerodynamicznych a ruchem małego samolotu z uwzględnieniem jego bezwładności. Do obliczeń zastosowano nieustaloną wersję metody siatki wirowej (UVLM). W charakterze osobliwości wykorzystano pierścienie wirowe. Rozwiązania dynamicznych równań ruchu ruchu symetrycznego dla małego (hipotetycznego) samolotu przedsatwiono w funkcji czasu. Model dużego samolotu, generującego struktury wirowe wykonano jako izolowany, cienki, zbieżny i skośny płat. Model małego samolotu wykonano jako dwa cienkie, prostokątne płaty: płat główny oraz usterzenie poziome, zaklinowane tak, aby była spełniona równowaga momentów pochylających. Przeanalizowano wpływ pola wirowego (pozostawionego przez duży samolot) na mały samolot w funkji wzajemnej odległości oraz kierunku ruchu. Stwierdzono, że obciążenia aerodynamiczne i przemieszczenia małego samolotu zależą istotnie od uwzględnienia jego bezwładności w wyniku sprzeżeń pomiędzy aerodynamiką a dynamiką.

Słowa kluczowe

EN

panel methods; unsteady aerodynamics; flight safety

PL

metoda panelowa; aerodynamika nieustalona; bezpieczeństwo lotu; metoda siatki wirowej; bezwładność; obciążenie aerodynamiczne

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 1998
• Tom: vol. XLV, nr 2
• Strony: 107--129

Twórcy

autor

Ghmmam A.A.

• Warsaw University of Technology, Poland, Institute of Aeronautics and Applied Mechanics

autor

Goraj Z.

• Warsaw University of Technology, Poland, Institute of Aeronautics and Applied Mechanics

Bibliografia

• [1] Roed A.: Flight safety aerodynamics Airlife, London 1997.
• [2] Ghmmam A., Goraj Z.: An investigation into the effect of large aircraft wing and wake on small aircraft flying nearby. 44th CASI Conference, 6th Aero. Symposium, Toronto, April 1997, pp. 437-446.
• [3] Ghmmam A., Goraj Z.: Wake hazard analysis using unsteady vortex lattice method. Proceedings of Second International Seminar on Recent Research and Design Progress in Aeronautical Engineering and Its Influence on Education, Research Bulletin of IAAM, No.6, Warsaw, 1997, pp. 133-138.
• [4] Konstadinopoulos P., Thrasher D.F., Mook D.T., Nayfeh A.H. and Watson L.: A vortex-lattice method for general, unsteady aerodynamics. Journal of Aircraft, Vol.22, No. 1, Jan.1985, pp. 43-49.
• [5] Katz J., Maskew B.: Unsteady low-speed aerodynamic model for complete aircraft configuration. J. Aircraft, Vol.25, No.4,1988, pp 302-309.
• [6] Richason T.F., Katz J., Ashby D.L.: Unsteady panel method for flows with multiple bodies moving along various paths. AIAA Journal, Vol.32, No.l, Jan. 1994, pp. 62-68.
• [7] Heintsch T., Kindel W.: Real time simulation of aircraft behaviour in wake vortices with respect to flight safety. 19th ICAS/AIAA Aircraft Systems Conference, Anaheim, U.S.A., Sept., 1994, pp. 529-541.
• [8] Nelson R.C.: Dynamic behaviour of an aircraft encountering aircraft wake. J. Aircraft, Vol. 13, No.9, 1976, pp. 704-708,
• [9] Nikolic V.R., Jumper E.J., Nelson R.C.: Modified, Descrete-Vortex Method for studying wing-loading effects on wake dynamics. Journal of Aircraft, Vol.33, No.l, Jan.-Feb. 1996, pp. 155-162.
• [10] Vyshinsky V.V., Soudakov G.G.: Investigation of the vortex wake evolution and flight safety. ICAS 96-1.11.3, 20th ICAS Congress, Sorrento, Italy, Sept. 1996, pp. 2590-2600.
• [11] Kindel W., Heintsch T.: Simulation-Real-Time for Three-Dimensional interaction between wind and aircraft. ICAS 94-7.3.3,19th ICAS Aircraft Systems Conference, Anaheim, U.S.A., Sept. 1994, pp. 922-932.
• [12] Smetana F.O., Summey D.C., Jobnson' W. Donald: Riding and handling of light aircraft. A review and Analysis NASA Contract Report, NASA CR-1975, March 1972.
• [13] Etkin B.: Dynamics of atmospheric flight. John Wiley & Sons Inc., 1972.
• [14] Katz J., Plotkin A.: Low speed aerodynamics, From Wing Theory to Panel Methods. McGraw-Hill, 1990.