Simulation of external store separation from an aircraft using Navier-Stokes method

Abstract

Tässä diplomityössä tutkitaan lentokoneeseen kiinnitetyn ulkoisen kuorman pudotussimulointia Navier-Stokes -pohjaisella laskentamenetelmällä. Simuloinnin tarkoituksena on määrittää pudotettavan kuorman lentorata ja asento irrotuksen jälkeen. Laskennassa keskitytään tilanteeseen, jossa pudotettava kuorma on vielä lentokoneen lähellä, jolloin vapaasti lentävä kuorma voi osua lentokoneeseen ja aiheuttaa siihen rakenteellisia vaurioita. Ajallisesti tämä tarkoittaa noin puolen sekunnin pituista ajanjaksoa ulkoisen kuorman irrotushetken jälkeen.

Työn teoriaosassa käsitellään pudotustilanteesta aikaisemmin tehtyjä tutkimuksia. Näissä tutkimuksissa pudotustilannetta on simuloitu kokeellisesti ja laskennallisesti. Lisäksi teoriaosassa esitetään laskennalliseen virtausmekaniikkaan (CFD-laskenta) ja lentoratalaskentaan liittyvää perusteoriaa.

Työn tutkimusosiossa lasketaan pudotustilannetta ajasta riippumattomaan ja ajan suhteen tarkkaan virtauslaskentaan perustuvilla laskentamenetelmillä. Näitä ennen tehdään yksinkertaistettu pudotussimulointi, jonka perustana ovat ulkoiseen kuormaan vapaassa virtauksessa vaikuttavat aerodynaamiset kertoimet. Virtauslaskennassa käytetään FINFLO-virtausratkaisijaa, jonka avulla voidaan määrittää pudotettavaan kappaleeseen vaikuttavat aerodynaamiset voimat ja momentit pudotuksen aikana. Näistä voimista ja momenteista voidaan laskea lentorata pudotettavalle kappaleelle. Ajan suhteen tarkalla virtauslaskennalla lentorataa laskettaessa FINFLOon lisättiin toiminto, joka määrittää ulkoisen kuorman lentoradan automaattisesti FINFLOn sisällä.

Lopputuloksina saatiin simuloitua yksi pudotustilanne kolmella eri simulointimenetelmällä. Lisäksi työn tulokseksi voidaan lukea lentoratalaskentaa suorittavan ominaisuuden alustava implementointi FTNFLOon. Kyseisen toiminnon kehitystyötä on jatkettava vielä opinnäytetyön ulkopuolella.