Estimación del rango máximo y la velocidad del avión a reacción de categoría de transporte en presencia de la resistencia de onda transónica
Autores: Wislicenus, Jan; Daidzic, Nihad E.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Estimación del rango máximo y la velocidad del avión a reacción de categoría de transporte en presencia de la resistencia de onda transónica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Estimación
Arrastre de onda transónica
Rendimiento de crucero
Modelo semi-empírico
Empuje de turbofan
Optimización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 42
Citaciones: Sin citaciones
Uno de los pasos más difíciles en la estimación de las características de rendimiento de crucero de aviones de transporte de categoría subsónica alta propulsados por turbofan es la estimación de la resistencia de onda transónica. Los aviones a reacción modernos crucen de manera más eficiente en las cercanías de los números de Mach de divergencia de resistencia o de aumento de resistencia. En la fase de diseño inicial y más tarde, cuando se conocen con mayor precisión los cálculos preliminares en túneles de viento y/o CFD y los polares de resistencia, se necesita un método para estimar el rendimiento de crucero. En este estudio, se desarrolló un nuevo modelo de resistencia de onda transónica semi-empírica utilizando la ecuación de Lock modificada. Para las estimaciones de crucero de máximo alcance, se utilizó un criterio de optimización basado en maximizar el rango específico de aire. Las ecuaciones no lineales resultantes son de 12º y 13º orden. Se utilizaron solucionadores no lineales de Newton-Raphson numéricos para encontrar raíces reales positivas de tales polinomios. El método NR se probó primero por su precisión y convergencia utilizando soluciones analíticas conocidas. Se desarrolló una metodología para una suposición inicial comenzando con el Mach de crucero de máximo alcance sin incluir la resistencia de onda. Esta suposición resultó en una rápida convergencia cuadrática en todos los cálculos. Otras características novedosas de este artículo incluyen una nueva ley de flujo de combustible semi-empírica, que también fue probada extensamente. Además, se desarrolló un modelo de empuje de turbofan semi-empírico utilizable para una amplia gama de relaciones de derivación y todo el envolvente de vuelo. Tal modelo semi-empírico basado en la física puede ser utilizado para una amplia gama de turbofans. El algoritmo puede ser utilizado para identificar los valores y combinaciones de parámetros de entrada más beneficiosos para la fase de vuelo de crucero. El modelo representa una herramienta poderosa para estimar velocidades de aire de rendimiento de crucero importantes ubicadas en el régimen transónico. Una aplicación prevista está en las etapas de desarrollo conceptual para optimizaciones de diseño temprano de futuros aviones. Es posible, con un esfuerzo adicional, extender las capacidades del modelo existente para tratar con parámetros óptimos de crucero de transportes supersónicos.
Descripción
Uno de los pasos más difíciles en la estimación de las características de rendimiento de crucero de aviones de transporte de categoría subsónica alta propulsados por turbofan es la estimación de la resistencia de onda transónica. Los aviones a reacción modernos crucen de manera más eficiente en las cercanías de los números de Mach de divergencia de resistencia o de aumento de resistencia. En la fase de diseño inicial y más tarde, cuando se conocen con mayor precisión los cálculos preliminares en túneles de viento y/o CFD y los polares de resistencia, se necesita un método para estimar el rendimiento de crucero. En este estudio, se desarrolló un nuevo modelo de resistencia de onda transónica semi-empírica utilizando la ecuación de Lock modificada. Para las estimaciones de crucero de máximo alcance, se utilizó un criterio de optimización basado en maximizar el rango específico de aire. Las ecuaciones no lineales resultantes son de 12º y 13º orden. Se utilizaron solucionadores no lineales de Newton-Raphson numéricos para encontrar raíces reales positivas de tales polinomios. El método NR se probó primero por su precisión y convergencia utilizando soluciones analíticas conocidas. Se desarrolló una metodología para una suposición inicial comenzando con el Mach de crucero de máximo alcance sin incluir la resistencia de onda. Esta suposición resultó en una rápida convergencia cuadrática en todos los cálculos. Otras características novedosas de este artículo incluyen una nueva ley de flujo de combustible semi-empírica, que también fue probada extensamente. Además, se desarrolló un modelo de empuje de turbofan semi-empírico utilizable para una amplia gama de relaciones de derivación y todo el envolvente de vuelo. Tal modelo semi-empírico basado en la física puede ser utilizado para una amplia gama de turbofans. El algoritmo puede ser utilizado para identificar los valores y combinaciones de parámetros de entrada más beneficiosos para la fase de vuelo de crucero. El modelo representa una herramienta poderosa para estimar velocidades de aire de rendimiento de crucero importantes ubicadas en el régimen transónico. Una aplicación prevista está en las etapas de desarrollo conceptual para optimizaciones de diseño temprano de futuros aviones. Es posible, con un esfuerzo adicional, extender las capacidades del modelo existente para tratar con parámetros óptimos de crucero de transportes supersónicos.