CFD Analysis of The Tractor Propulsion Concepts for an Inverted Joined Wing Airplane

Efficiency is a crucial parameter for an airplane to reduce both cost of operations and emission of pollutants. There are several airplane concepts that potentially allow for increasing the efficiency. A few of them were not investigated thoroughly enough yet. The inverted joined wing configuration, with the upper wing in front of the lower one is an example of such concept. Therefore, a project consisting of development of an experimental scaled demonstrator, and its wind tunnel and flight testing, was undertaken by consortium: Institute of Aviation, Warsaw University of Technology, Air Force Institute of Technology and a MSP company. Results led to a conclusion, that the inverted joined wing configuration allows to build an airplane with excellent performance, but its advantage against the conventional airplane is marginal because of large trimming drag of the configuration with relatively high position of the thrust vector in pusher configuration. It was applied because the demonstrator was a flying model of manned airplane and the tractor configuration would affect the pilot’s field of observation. However, in case of the UAV, this reason becomes insignificant. Therefore two configurations of tractor propulsion were tested to see, if their performance is better than the performance of original design.

Doskonałość jest kluczowym parametrem samolotu decydującym o redukcji kosztów operacyjnych i ilości emitowanych zanieczyszczeń. Istnieje kilka układów samolotu, które potencjalnie pozwalają na zwiększenie doskonałości. Kilku z nich nie przebadano dotychczas dogłębnie. Konfiguracja odwróconego płata zespolonego, gdzie przednie skrzydło w układzie górnopłata łączy się z tylnym w układzie dolnopłata, jest dobrym przykładem takiej koncepcji. Stąd, projekt mający na celu zbudowanie skalowanego demonstratora oraz przetestowanie w tunelu aerodynamicznym i w locie, został wykonany przez powołane do tego celu konsorcjum w składzie: Instytut Lotnictwa, Politechnika Warszawska, Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych i firma MSP. Rezultaty dowiodły, że zastosowanie odwróconej konfiguracji połączonych skrzydeł pozwala na zbudowanie samolotu o doskonałych osiągach. Jego przewaga nad samolotami konwencjonalnymi jest jednak marginalna ze względu na duży opór konfiguracji w warunkach równowagi. Wynika on z konieczności zrównoważenia momentu od relatywnie wysoko położonego napędu. Napęd tak umiejscowiono ze względu na to, że demonstrator był modelem zdalnie sterowanym samolotu załogowego, w którym przedni napęd znacząco ograniczałby pole widzenia załogi. W przypadku bezzałogowca argument ten traci na istotności. Dlatego wybrano i przebadano obliczeniowo dwie konfiguracje napędu ciągnącego, sprawdzając, czy ich osiągi poprawią się względem oryginalnej konstrukcji.