Analiza bezpieczeństwa zrzutu podwieszeń z samolotu przy użyciu eksperymentalno-numerycznej metody captive trajectory simulation

W niniejszej pracy omówiono wyznaczanie toru lotu podwieszeń metodą Captive Trajectory Simulation i jej wdrożenie w Laboratorium Badań Aerodynamicznych Instytutu Lotnictwa. Najczęściej badania toru lotu podwieszeń zrzucanych z samolotu służą do analizy celności zrzutu oraz (jak w niniejszej pracy) do oceny bezpieczeństwa zrzutu: zdarzają się przypadki, gdy zrzucane podwieszenie tuż po zwolnieniu zaczepu uderza w samolot-nosiciel. Metoda Captive Trajectory Simulation jest metodą eksperymentalno-numeryczną, stosowaną do obliczania toru lotu podwieszenia w bezpośredniej bliskości nosiciela. Jej dużą zaletą jest mała liczba potrzebnych pomiarów (w stosunku do innych metod eksperymentalno-numerycznych). W porównaniu do badań modeli dynamicznie podobnych, czyli najpopularniejszej z metod eksperymentalnych, trzeba zwrócić uwagę na większy zakres stosowalności – po wykonaniu stosownych modyfikacji można odwzorować zrzut podczas zakrętu, wyrwania, nurkowania lub innego stanu lotu (podczas, gdy badania modeli mogą być stosowane tylko dla lotu poziomego). Metodą Captive Trajectory Simulation można także otrzymać informacje o obciążeniach działających na podwieszenie oraz o prędkościach i przyspieszeniach podwieszenia. Wyznaczenie tych parametrów na podstawie badań modeli dynamicznie podobnych jest możliwe, ale bardzo trudne i niezbyt dokładne. Istotą metody Captive Trajectory Simulation są naprzemiennie wykonywane pomiary obciążeń aerodynamicznych i obliczenia przemieszczeń podwieszenia w czasie założonego kroku czasowego. Oczywiście, kolejne pomiary są wykonywane po ustawieniu modelu podwieszenia w uprzednio obliczonym położeniu (lub w położeniu początkowym dla pierwszego kroku). Celem badań opisanych w pracy było odwzorowania toru lotu dynamicznie podobnych modeli podwieszeń przenoszonych przez samolot F-16: bomby GBU-31 JDAM i zbiornika paliwa. Wybór modeli podwieszeń, a nie ich pierwowzorów, wynikał z potrzeby dokładniejszego porównania wyników otrzymanych dwiema metodami: metodą Captive Trajectory Simulation i przez zrzut modeli dynamicznie podobnych. Wyniki badań wskazują, że metoda Captive Trajectory Simulation daje dostatecznie dokładne wyniki, pomimo przyjęcia dość znacznych uproszczeń, wynikających z charakteru pracy (chodziło o ocenę wiarygodności metody i wskazania jej mankamentów).

The following paper describes the Captive Trajectory Simulation method, which is useful for obtaining of stores flight trajectory, and the deploy of this method in Aerodynamic Research Laboratory of Institute of Aviation. The test of flight trajectory of stores dropped by the airplane are using mainly for evaluation of marksmanship of drop or for evaluation its safety; it happened some crashes, when a store hit in a plane after the drop. The main difference between both kinds of test is a acknowledgement of aerodynamic interference between the store and the airplane. The Captive Trajectory Simulation method is an experimental-numeric way to obtaining the stores flight trajectory close to the airplane. Its main advantage is a lower number of measurements needed to execute than in other methods. In a comparison with the tests of dynamic similar model, the described method (after some modifications) can be used also during the test of drops in other flight phase than horizontal flight, like a climbing, a diving or a turn. Using the Captive Trajectory Simulation method one can easily achieve the values of velocity and acceleration of the store, as well as the values of the aerodynamic forces and moments acting on the store. Obtaining this parameters with dynamic similar model is possible, but very difficult and inaccurate. The pith of Captive Trajectory Simulation method is interchangeably executing of measurement of aerodynamic forces and moments acting on the store (in a wind tunnel) and a calculating of store’s translation and rotation during a time-step assumed previously. Of course, next measurement is acting after the store has been mounted in a proper location. The described tests have been aimed in a computing of flight trajectory of dynamic similar models of the stores dropped from F-16 fighter: GBU-31 JDAM bomb and a fuel tank. A choice of stores’ models, not their originals, ensues from the requirement of comparison of results obtained in two ways: with the Captive Trajectory Simulation method and with the dropping of dynamic similar models. The results of tests show that with the Captive Trajectory Simulation method the satisfactorily accuracy is available, even despite quite significant simplifications have been assumed (because of the main goal of the tests: the estimate of validity of the deployed method and finding its disadvantages).