УЛУЧШЕНИЕ АЭРОДИНАМИКИ КРЫЛА ПАССАЖИРСКОГО САМОЛЕТА С ПОМОЩЬЮ ЗАКОНЦОВКИ ТРЕУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ В ПЛАНЕ // IMPROVING THE AERODYNAMICS OF A TRANSPORT AIRCRAFT WING USING A DELTA PLANFORM WINGTIP LEADING EDGE EXTENSION

The article explores the possibility of improving the aerodynamic properties of a supercritical-airfoil wing, typical for a modern passenger aircraft, using delta planform passive devices of large relative areas, installed along the leading edge at the wing tip. Delta extensions of various configurations were considered to be used as wingtip devices, potentially improving or completely replacing classical R. Whitcomb winglets. As a result of two- and three-dimensional CFD simulations performed on DLR-F4 wing-body prototype, the potential advantage of these devices was confirmed, particularly when they are installed in a combination with an elliptical planform, largely swept, raked winglet in terms of reducing the induced drag and increasing the aerodynamic lift-to-drag ratio at flight angles of attack. The growth in lift-to-drag ratio applying these devices owes it solely to the drop in drag, without increasing the lift force acting on the wing. In comparison to the classical winglets that lead to a general increase in lifting and lateral forces acting on the wing structure, resulting in a weight penalty, the Wingtip Ledge Edge Triangular Extension (WLETE) yields the same L/D ratio increase, but with a much smaller increase in the wing loading. A study has been made of the characteristics of the local (modified) airfoil in the WLETE zone in a two-dimensional flow context, and a quantitative analysis has been conducted of the influence of WLETE on both the profile and induced drag components, as well as its influence on the overall lift coefficient of the wing. The resulted synthesis of the WLETE influence on the wing L/D ratio will consist of its influence on each of these components. A comparison of the efficiency of using delta extensions against classical winglets was carried out in a multidisciplinary way, where in addition to the changes in aerodynamic coefficients of lift and drag, the increments of magnitude and distribution of the loads acting on the wing console were studied along with the maximum resulted structural stress. The study of the growth of structural stress on the wing structure after installing WLETE, confirmed the results obtained from CFD simulations that these delta extensions do not increase and do not change the distribution of total forces and moments acting on the wing console. В статье изучена возможность улучшения аэродинамических характеристик типичного крыла пассажирского самолета со сверхкритическим профилем с помощью пассивных устройств треугольной формы в плане большой относительной площади, установленных на передней кромке в концевой части крыла. Рассмотрено использование треугольных выступов различных конфигураций в виде концевых устройств, потенциально усовершенствующих либо полностью заменяющих классические законцовки типа винглет Уиткомба. В результате плоского и трехмерного численного моделирования обтекания модели прототипа крыла-корпуса DLR-F4, было подтверждено потенциальное преимущество данных устройств, особенно в совокупности с эллиптической несущей законцовкой большой стреловидности, в плане снижения индуктивного сопротивления и роста аэродинамического качества на полетных углах атаки. Рост качества при применении данных устройств обусловлен исключительно падением сопротивления, без увеличения подъемной силы крыла. В сравнении с классическими законцовками, увеличивающими подъемную и боковую силу на конструкцию крыла, треугольный выступ дает такой же рост качества, но при гораздо меньшем росте нагрузок на конструкцию крыла. Приведено исследование характеристик местного, модифицированного, профиля в зоне выступа в двумерной постановке, и количественный анализ влияния выступа как на профильную и индуктивную составляющие сопротивления, так и на общую подъемную силу крыла. Синтез влияния выступа на аэродинамическое качество крыла сложится из его влияния на каждую из этих составляющих. Сравнение эффективности применения треугольного выступа с классическими законцовками было проведено в многодисциплинарной постановке задачи, где помимо коэффициентов подъемной силы и силы сопротивления были получены изменения величины и распределения нагрузок, действующих на консоль крыла, и максимальных напряжений. Исследование роста нагрузок на конструкцию крыла после установки треугольного выступа подтвердили полученные из вычислительной гидродинамики выводы о том, что выступ не увеличивает и не меняет распределение суммарных сил и моментов, действующих на крыло.