Ощие сведения по достижениям в Аэродинамике и Динамике полета

Аэродинамика играет доминирующую роль в развитии авиации. Сейчас, в 21 веке (также как и в веке 20), наука Аэродинамика занимает одно из самых важных мест в сложном процессе проектирования самолета, вертолета или другой летательной машины.
В подавляющем большинстве случаев наука Аэродинамика дает ясное представление о следующем:
- о том как следует выбирать форму самолета (вертолета, летательного аппарата), соответствующую его назначению;
- о методах аэродинамического проектирования (включая всевозможные детали);
- о роли самой науки “Аэродинамика” в развитии авиации (в развитии самолетов, вертолетов, летательных аппаратов), а также в развитии другой техники и других конструкций (включая строительство высотных домов, небоскребов,вентиляционных систем различных типов и др.).

Рассмотрим некоторые достижения в науке “Аэродинамика” как в прикладной науке, которая служит для проектирования самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов.

Авиационный конструктор, зная какую задачу должен выполнять новый летательный аппарат (самолет, вертолет, другой летательный аппарат), следуя законам аэродинамики, выбирает соответствующий тип обтекания этого летательного аппарата. Используя знания авиационных наук и опыта проектирования авиационной техники, с учетом статистического анализа, - авиационный конструктор формирует вид будущего летательного аппарата (самолета, вертолета, другого летательного аппарата).

Современное состояние мировой науки “Аэродинамика” можно назвать как состояние, которое достигло своего промежуточного предела. Каждый новый уровень в аэродинамике требует все возрастающих затрат и усилий, и при этом число достижений в аэродинамике все уменьшается. Значительно улучшить летно-технические характеристики новых типов самолетов, вертолетов, летательных аппаратов и существенно увеличить аэродинамическое качество новых самолетов – современная классическая аэродинамика пока не может!
Статистические данные по мировой авиации за последние 20 лет показывают, что динамика прироста аэродинамического качества самолетов (K = C_y / C_x) уменьшилась в 4 - 7 раз, и за последние 10 лет прирост аэродинамического качества самолетов не превышает 4 - 5 %.

Но пока еще есть время, чтобы вкладывать финансовые и материальные ресурсы в создание инновационных технологий. Только систематические научные исследования важных проблем позволят быть лидером в авиационной сфере экономики.

В период с 1985 по 1990 годы, в нескольких отраслевых "закрытых" научно-исследовательских лабораториях СССР (номерные «почтовые ящики» на территории УССР), проводились необычные исследования по аэродинамике и конструкции летательных аппаратов. Интересные исследования были выполнены по аэродинамике сверхзвуковых скоростей и аэродинамике сверхзвуковых самолетов.
В частности, в рядовую лабораторию по авиационной технике пришло очень сложное задание - " Изделие ХХ БК. Исследование аэродинамики органов управления летательных аппаратов при критических режимах полета ". Это задание было успешно решено в очень короткие сроки неклассическими методами - аналитическим способом с достаточной точностью, а затем, результаты решения были подтверждены экспериментальными методами специалистами лаборатории. Найти хорошее и быстрое решение помогли нестандартные методы и нетрадиционные технологии. В своих будущих работах специалисты лаборатории очень часто будут использовать нетрадиционные технологии и нестандартные методы при решении различных задач и проблем.
Возникла ситуация, когда несколько мощных авиационных исследовательских институтов за несколько лет не смогли сделать то, что смогла сделать за несколько месяцев очень малая группа авиационных специалистов. Сотрудникам лаборатории выдали новую задачу: найти " Способы повышения аэродинамического качества самолета на 35-40 %, при его высокой экономической эффективности ". А для усиления научно-исследовательского состава авиационных специалистов, в научно-исследовательскую лабораторию приняли еще несколько специалистов высокой квалификации.

Так как для подобных работ необходимы многочисленные испытания, руководство лаборатории заключило несколько договоров аренды специализированного оборудования. Для проведения исследовательских работ сотрудникам лаборатории были предоставлены 4 различных аэродинамических трубы (дозвуковые аэродинамические трубы и сверхзвуковые аэродинамические трубы). Также были приняты меры для ускорения процессов переналадки режимов испытаний в аэродинамических трубах, и другие меры, чтобы получить условия подобия для продуваемых авиационных моделей, более приближенные к реальным условиям натуры, особенно при малых дозвуковых режимах и трансзвуковых режимах обтекания модели.

В начале работы " Способы повышения аэродинамического качества самолета на 35-40 %, при его высокой экономической эффективности ", на основе теоретических и практических данных, команда авиационных инженеров разработала несколько направлений решения поставленной задачи по увеличению аэродинамического качества самолета (летательного аппарата).

Решение такой сложной задачи требует применения новых технологий, нетрадиционного подхода и новых методов не только при строительстве новых самолетов, но и при исследовании и при проведении экспериментов также необходимы новые технологии, новые методы, нетрадиционные технологии и новые технические решения. Также, для проведения экспериментов необходимо новое приборное оборудование и новая аппаратура.

Поиск решения задачи увеличения аэродинамического качества самолета (летательного аппарата) проводили сразу несколько групп. Одна группа авиационных специалистов искала возможности повышения аэродинамического качества профиля крыла при различных скоростях воздушного потока (в нескольких диапазонах чисел М). Рассматривались различные формы профилей крыла при равных общих условиях (стреловидность "бесконечного" крыла, скорость обтекания крыла воздушным потоком и др.). Для дозвуковых скоростей обтекания исследовались различные варианты суперкритических профилей для крыла самолета (летательного аппарата). Искались возможности теоретического обоснования (основных принципов) выбора оптимального варианта профиля крыла в процессе его аэродинамического проектирования, а также способы построения оптимального теоретического профиля крыла для заданной крейсерской скорости полета самолета, его маневренности, ряда других требований, а также обеспечение основных требований, которые предъявляются к Профилю крыла самолета. Сложнее всего было выполнить построение теоретического профиля крыла для многорежимного самолета (летательного аппарата), который должен иметь хорошие аэродинамические характеристики как на дозвуковых, так и на сверхзвуковых скоростях полета.

Другая группа авиационных специалистов искала возможности повышения аэродинамического качества самого крыла при различных скоростях воздушного потока (в нескольких диапазонах чисел М).
Исследовались вариации геометрической схемы крыла в плане; вариации положений срединной поверхности вдоль хорды крыла и ее относительной вогнутости; вариации относительной толщины крыла, различные вариации формы профиля крыла вдоль размаха крыла; аэродинамическая и геометрическая крутка крыла; исследовались вариации и других особенностей крыла, включая местную аэродинамику крыла. Искались возможности теоретического обоснования выбора оптимального варианта геометрической схемы крыла в процессе его аэродинамического проектирования, а также способы построения оптимальной теоретической формы крыла для заданной скорости полета самолета (летательного аппарата), его маневренности, ряда других требований, а также обеспечение основных требований, которые предъявляются к Крылу самолета. Была проделана огромная исследовательская работа. Изучался опыт предыдущих исследований ранее испытанных крыльев (как при испытаниях в аэродинамических трубах, так и в летных испытаниях), на основании которого искались пути совершенствования аэродинамических характеристик новых крыльев, составлялись программы испытаний.

Главная группа авиационных специалистов определяла направления исследований:
- обеспечивала все остальные группы методиками и программами испытаний;
- изучала опыт проведенных экспериментов и имеющихся результатов, делала анализ имеющихся данных;
- подбирала теоретическую базу под результаты, полученные в ходе аэродинамических испытаний;
- выполняла численное моделирование аэродинамических экспериментов;
- обеспечивала взаимодействие между всеми группами, координировала загрузку аэродинамических труб, занималась техническими, организационными и другими мероприятиями, которые способствовали достижению цели программы исследований - " Способы повышения аэродинамического качества самолета на 35-40 %, при его высокой экономической эффективности ".

Каждый месяц все группы специалистов делали подробный отчет о своих достижениях по работе перед всеми другими участниками исследовательской лаборатории авиационной техники, а также делились деталями и подробностями проводимых исследований.
И только в 1987 г. (через 17 месяцев непрерывной работы) стали появляться ощутимые положительные результаты. Малая часть результатов этих аэродинамических экспериментов отражена в таблицах на следующих страницах.