Determination of non-linear aerodynamic characteristics of an aircraft using a potential flow model and viscous airfoil characteristics

The article presents a hybrid method of determination aerodynamic characteristics of an aircraft at high angles of attack, consisting of a composition of a low-order panel method and modified Vortex Lattice Method. The modifications include determination of the position of control point for boundary condition based on two-dimensional lift slope of a wing section and an iterative procedure of simulating decrease of velocity circulation in a wing section due to flow separation through reduction of sectional angle of attack. The input data include two-dimensional aerodynamic viscous characteristics of wing sections along the wingspan. Since two-dimensional viscous airfoil characteristics can be computed with relatively low cost, or may be known from earlier wind-tunnel investigations, the presented method is very efficient at early design stages. The method is capable of analysing configurations with high-lift devices such as flaps or slats. The results of it’s application for the tailless configuration of PZL M-18 aircraft show good agreement of computed cLmax and cLmax for cruise configuration. For the landing configuration the cLmax coefficient is slightly underpredicted, while cLmax is predicted correctly.

Artykuł prezentuje hybrydową metodę wyznaczania charakterystyk aerodynamicznych samolotu na dużych kątach natarcia. Omawiana metoda jest złożeniem metody panelowej niskiego rzędu i zmodyfikowanej metody siatki wirowej. Modyfikacje polegają na wyznaczaniu położenia punktu kontrolnego warunku brzegowego metody siatki wirowej w zależności od nachylenia dwuwymiarowej zależności współczynnika siły nośnej w danym przekroju skrzydła od kątu natarcia oraz na zastosowaniu iteracyjnej procedury symulacji redukcji cyrkulacji w przekroju skrzydła będącej skutkiem oderwania opływu przez redukcję lokalnego kąta natarcia. Dane wejściowe zawierają dwuwymiarowe lepkie charakterystyki profili skrzydła wzdłuż rozpiętości. Ponieważ dwuwymiarowe charakterystyki mogą zostać wyznaczone numerycznie przy relatywnie niskim koszcie obliczeniowym lub też znane z badań tunelowych, przedstawiana metoda jest bardzo przydatna na wczesnym etapie projektowania. Metoda może służyć do analizy konfiguracji z urządzeniami zwiększającymi siłę nośną takimi jak klapy lub sloty. Wyniki uzyskane przy jej zastosowaniu do analizy konfiguracji bez usterzenia samolotu PZL M-18 wykazują dobrą zgodność wyznaczonych wartości cLmax i α cLmax konfiguracji przelotowej. Dla konfiguracji do lądowania wyznaczony współczynnik cLmax jest lekko zawyżony, podczas gdy cLmax jest wyznaczone poprawnie.