книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учеб. пособие для студентов инженер.-экон. фак

Обеспечение безопасности влияет па состав экипажа лета телыюго аппарата, его численность, следовательно, па величи­

ну Оъ. Даже па легких самолетах МВЛ для обеспечения безопаспостп предусматриваются места для двух пилотов. Для самолетов большой дальности п межконтинентальных число членов экипажа возрастает, возможно наличие сменного эки­

пажа при большой продолжительности полета.

В конечном счете, требование безопасности реализуется пу­ тем затрат веса в перечисленных выше направлениях.

Обеспечение безопасности и, следовательно, регулярности полетов в сложных метеоусловиях при жестком «минимуме по­ годы > оказывает очень большое влияние на рост экономиче­ ских показателей самолетов.

§ 7. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ И

ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ

] Iomhmo летпо-техппческнх характеристик па себестоимость перевозок влияют производственная и эксплуатационная тех­

нологичность конструкции.

Производственная технологичность представляет комплекс свойств конструкции, позволяющий при удовлетворении дру­ гих заданных ЭТТ изготавливать летательный аппарат с мень­ шими производственными затратами м в более короткие сроки.

Производственная технологичность заключается в возмож­ ности применения при производстве летательного аппарата новейших, эффективнейших технологических приемов изготов­ ленья, обработки и сборки его деталей и частей, обеспечиваю­ щих высокое весовое совершенство конструкции и высокие по­ казатели ее надежности. Производственная технологичность достигается выбором материалов, формы деталей, методов изготовления и обработки, видов защиты от коррозии, методов соединения деталей и частей конструкции, целесообразным членением конструкции (секционированием и паленпрованием) и т. и. При решении этих вопросов необходимо учиты­ вать стоимость производства летательного аппарата. Хотя стоимость 1 кге веса конструкции постоянно возрастает, эко­ номическая эффективность летательных аппаратов повышает­ ся. Затраты за счет внедрения при изготовлении летательного аппарата передовых технологических приемов (склейка, пай-

19 4

•ка. химическая обработка и др.) п новейших материалов оку­ паются снижением веса конструкции, повышением ее надежно­ сти и срока службы.

При конструировании легких самолетов МВЛ, рассчитан­ ных на массовый выпуск и в ряде других случаев, требования низкой стоимости конструкции могут оказать решающее влия­ ние па принятие конструктивных решении и выбор пара­ метров самолета. В жертву низкой стоимости могут быть при­ несены аэродинамические и технические характеристики само­ лета (аэродинамическое качество, скорость, вес и др.).Вэтом случае конструктор стремится к простоте форм, к максималь­ ной взаимозаменяемости деталей, к обеспечению возможности применения наиболее дешевых технологических приемов про­ изводства.

Для скоростных магистральных самолетов вопросы сниже­ ния производственных затрат также имеют большое значение, однако не в ущерб таким важнейшим показателям, как вес конструкции, аэродинамическое качество, технический ресурс н др.

Эксплуатационная технологичность летательного аппаратазаключается в его приспособленности к выполнению работ по техническому обслуживанию и ремонту при наименьших за­ тратах средств.

С этой целью при проектировании конструкции предусмат­ ривается определенное размещение агрегатов и узлов, облег­ чающее доступ для их осмотра, контроля, регулировки.

Основным средством обеспечения доступности к объектам, подлежащим осмотрам и другим видам технического обслужи­ вания, являются легко открывающиеся люки различных раз­ меров. съемные панели. Наличие люков приводит к необходи­ мости разрезать силовые элементы конструкции. Это услож­ няет и значительно утяжеляет конструкцию, так как требуется усиление участков конструкции в районе вырезов. Увеличение веса конструкции особенно ощутимо при подкреплении выре­ зов герметичной части фюзеляжа.

Доступ для контроля состояния должен быть обеспечен не. только для агрегатов оборудования, двигателей, систем, но п для -частей конструкции планера самолета, управления и др.

Для реализации этих свойств необходим определенный комплекс наземного и бортового оборудования, обеспечиваю­ щий текущий контроль состояния конструкции, а также опре-

195

деленное членение конструкции, позволяющее осуществить замену или ремонт деталей, узлов и блоков при наличии в них дефектов.

Перечисленные мероприятия связаны с определенными за­ тратами веса п усложнением конструкции, однако окупаются за счет повышения экономических показателей летательного аппарата, роста безопасности эксплуатации, регулярности к интенсивности полетов.

§ 8. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ САМОЛЕТА. ВЕСОВОЙ РАСЧЕТ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ САМОЛЕТА. ЦЕНТРОВКА

Предъявляемые к самолету во многом противоречивые ЭТТ необходимо осуществить в конструкции таким образом, чтобы достигнуть иаилучшпх экономических показателей, в частности, минимальной себестоимости перевозок.

Взаимосвязь всех параметров и характеристик самолета отражена в уравнении существования и в выражении для себе­ стоимости тонно-километра. Конструктор должен найти опти­ мальное сочетание схемы и параметров самолета и двигателей.

Одним из методов отыскания оптимальных значений пара­ метров является метод экстремумов. Для этого необходимо иметь функциональную связь между критерием оценки вари­ антов (себестоимостью перевозок) и искомыми параметрами

Рассмотрение большого числа вариантов сочетания раз­ личных параметров возможно лишь с использованием ЭВМ.

При решении этой математической задачи рассматривают­ ся такие сочетания параметров, которые обеспечивают выпол­ нение поставленных требований к дальности, скорости полета, классу аэродрома, платной нагрузке и др.

Уравнение баланса весов может быть записано в виде:

1 — - - “"ж —|'ом + Gofi -f- GTс -j- Пду + Ок||

п

196

откуда

GbK+ GK0

G0 =

1 — (Go6 + GTc + (7ду + GKI,)

Величины^ G3K и GK0M определяются при разработке ЭТТ.

Величины Go6, Отс, С?ду, (7КН подсчитываются с учетом ЭТТ, параметров частей самолета, двигательной установки и вы­ бранной схемы.

В результате расчета определяется взлетный вес — G0. Значение взлетного веса дает возможность рассчитать все ве­ совые и геометрические данные частей самолета, тягу и габа­ риты двигателей.

Части конструкции самолета, оборудование, коммерческая нагрузка, топливо и т. п. должны быть размещены таким об­ разом, чтобы обеспечить определенное положение центра тя­ жести самолета. Процесс размещения весоз, составляющих самолет, определение положения центра тяжести и численное выражение этого положения называется «центровкой».

Компоновка самолета и центровка при проектировании идут совместно. Положение центра тяжести определяется в долях или процентах длины средней аэродинамической хорды

■(САХ) - ЬА.

Центр тяжести самолета при всех предусмотренных в экс­ плуатации вариантах загрузки и заправки топливом должен находиться внутри диапазона, ограниченного предельно перед­ ней и предельно задней центровкой (рис. 9.26). Этот диапазон определяется условиями устойчивости и управляемости само­ лета. Значения предельных центровок находятся из соответст­ вующих аэродинамических расчетов.

Для расчета центровки вес самолета разбивается на груп­ повые грузы. Определяются координаты центра тяжести каж­ дой группы грузов — Составляется центровочная ведо­ мость (табл. 9.3):

1 9 7

Рис. 9.26. К понятию иентроьки самолета.

Изменениями компоновки и перемещением отдельных гру­ зов необходимо добиться нужного положения центра тяжести. Положение центра тяжести в условиях эксплуатации прове­ ряется с учетом выработки топлива, уборки шасси, неполной загрузки самолета.

198

Г Л А В А 10

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ, КОМПОНОВКИ И ПРИМЕНЕНИЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЕТОВ И ВЕРТОЛЕТОВ

§ I. СВЕРХЗВУКОВЫЕ ПАССАЖИРСКИЕ САМОЛЕТЫ

Создание экономичного свер.хзиукивого насели.нрского самолета (СПС) ;< оольнюн степени зависит от аэродинамического качества, экономичности и весового совершенства силовой установки и наличии иопы.ч материн.юг, спосоопы.х оГ.еспечнть достаточный ресурс конструкции в условиях аэроди­ намического нагрева.

С переходом скорости звука резко снижается аэродинами­ ческое качество. Из условия экономичности перевозок для СПС, рассчитанного па крейсерское число М — 24-3, необхо­ димо иметь максимальное аэродинамическое качество Кт.х = ■= 8. Такое значение /<тах можно получить, например, за счет уменьшения миделей не несущих частей, уменьшения омывае­ мой поверхности самолета, а также путем снижения потерь аэродинамического качества при обеспечении устойчивости и управляемости самолета (потерн на балансировку).

Первые два способа увеличения /Сшах достигаются за счет применения на СПС крыла малого удлинения (л = 2 — 2,5) с большой стреловидностью (/=554-65°) и малой относитель­

ной толщиной (с = 0,024-0,03). Фюзеляж самолета имеет большое удлинение носовой и хвостовой частей.

Рассмотрим способы уменьшения потерь па балансировку. При переходе скорости звука из-за перемещения фокуса само­ лета назад возрастает продольная устойчивость самолета. Поэтому для обеспечения управляемости необходимо иметь большую площадь оперения, что приводит к общему снижению аэродинамического качества. Самолет «бесхвостка» и «утка* имеют меньшие потери аэродинамического качества.

Для полета па сверхзвуковой скорости можно обойтись без горизонтального оперения, используя для управления элевоны. Однако при взлете и посадке схема «бесхвостка» требует больших длин ВПП.

Для улучшения взлетно-посадочных характеристик схемы «бесхвостка» в носовой части самолета устанавливают выдви­ гающееся на режимах взлета—посадки небольшое оперение

193

Наиболее экономичными двигателями при сверхзвуковом полете являются ТРД и ДТРД. Для уменьшения относитель­ ного веса двигательной установки на этих двигателях имеется форсажная камера, которая обеспечивает увеличение тяги при небольшом увеличении расхода топлива. Форсирование тяги позволяет быстрее разогнать самолет при переходе на сверхзвуковой режим.

При полете с числом АЬ= 2—2,3 используются как ТРД, так и ДТРД: степень сжатия в компрессоре ък0* = 9ч-10 (для обоих типов двигателей), коэффициент двухконтурности ДТРД порядка 0,5—0,7.

Воздухозаборники двигателей на сверхзвуковой скорости полета должны обеспечивать сжатие воздуха с малыми поте­ рями давления, что достигается за счет их специального про­ филирования и создания системы скачков уплотнения.

Отличительной чертой работы конструкции СПС является наличие аэродинамического нагрева. Конструкция СПС дол жна быть сконструирована и изготовлена так, чтобы в ней не возникали дополнительные напряжения из-за неравномерно­ сти нагрева и различия в коэффициентах линейного расшире­ ния материалов силовых элементов. С этой целью стенки лон­ жеронов и нервюр делаются ферменными или с продольным гофром, в соединениях силовых элементов широко применяют теплопзоляторы.

Обшивка крыла, оперения, механизации и фюзеляжа вы­ полняется из монолитных панелей с продольным и попереч­ ным набором (вафельные панели) и из трехслойных панелей. В конструкции СПС широко применяются жаропрочные алю­ миниевые сплавы, титановые сплавы и высоколегированные стали. В перспективе возможно применение композиционных материалов.

С ростом скорости полета самолета увеличиваются усилия, действующие на командные рычаги, а при некоторых режи­ мах меняется и направление усилий. В связи с этим в систему управления включают по необратимой схеме гидроусилитель. Для повышения надежности проводка управления дублирует­ ся. золотниковые распределители многократно резервируются.

200

рулевые поверхности выполняются из нескольких независимо управляемых секции.

Топливная система СПС выполняет ряд дополнительных функции: охлаждает воздух (поступающий от двигателей) для системы кондиционирования, гидравлическую и др. системы, а также используется для сохранения постоянного запаса про­ дольной устойчивости путем перекачки топлива.

Сверхзвуковой пассажирский самолет будет применяться как дальний магистральным и .межконтинентальный. Трасса и высота полета должны выбираться с учетом ограничений но уровню шума н звуковому удару на поверхности земли. Высокая стоимость изготовления н эксплуатации само­ лета, обусловленная особенностями конструкции н компоновки самолета, будет окунаться лишь при высокой регулярности полетов, большом налете на списочный самолет и большой пассажирской загрузке.

§ 2 . В Е Р Т О Л Е Т Ы

Парму с самолетами п гражданской аииацнн широко используются вертолеты. Способность к вертикальному излету н посадке н возможность выполнения отдельных видов работ на режиме впеення делают вертолет незаменимым во многих областях применения, особенно в труднодоступной для других видов транспорта местности со слабо развитом аэродромной сетью, расширяет области использования авиации в народном хозяйстве.

Существуют различные типы вертолетов, отличающиеся количеством и расположением несущих винтов. Наибольшее распространение получили одновинтовые и двухвинтовые со­ осные вертолеты. Для сверхтяжелых вертолетов оказалась целесообразной двухвинтовая схема с поперечным расположе­ нием несущих винтов.

Компоновочная схема одновинтового вертолета представ­ лена на рис. 10.1. В фюзеляже вертолета размещается экипаж, коммерческая нагрузка, оборудование и топливные баки. К фюзеляжу крепятся двигатели 1, главный редуктор трансмис­ сии 4, передающий мощность от двигателей на несущий винт 3, шасси 13. Реактивный момент несущего винта уравновеши­ вается моментом тяги рулевого винта 8, установленного на хвостовой балке фюзеляжа и приводимого во вращение от главного редуктора с помощью валов хвостовой трансмиссии 6. Рулевой винт используется также и для путевого управления вертолетом.

Несущий впит вертолета создает подъемную силу п гори­ зонтальную силу тяги, а также обеспечивает продольное и по­ перечное управления вертолетом.

Несущий винт состоит из втулки п лопастей (рис. 10.2).

201