2.2. Технико-экономические и летно-технические характеристики самолетов

Технико-экономическими характеристиками самолетов являются:

- относительная масса полезной нагрузки:

m_пн = m_пн /m₀

где m_пн - масса полезной нагрузки;

m₀ - взлетная масса самолета;

- относительная масса максимальной платной нагрузки:

m_кнmах = m_кнmах / m₀

где m_кнmах масса максимальной коммерческой нагрузки;

- максимальная часовая производительность:

П_ч = m_кнmах∙v_рейс

где v_рейс - рейсовая скорость самолета;

- расход топлива на единицу производительности q_Т

К основным летно-техническим характеристикам самолетов отно­сят:

- максимальную крейсерскую скорость v_кр.mах ;

- крейсерскую экономическую скорость V_кp.эк ;

- высоту крейсерского полета Н_кp;

- дальность полета с максимальной платной нагрузкой L;

- среднее значение аэродинамического качества К в полете;

- скороподъемность;

- грузоподъемность, которая определяется массой пассажиров, грузов, багажа, перевозимой на самолете при заданной полетной мас­се и запасе топлива;

- взлетно-посадочные характеристики (ВПХ) самолета.

Основными параметрами, характеризующими ВПХ, являются ско­рость захода на посадку - V_з.п; посадочная скорость - V_п; скорость отрыва при взлете - V_omp; длина разбега при взле­те - l_раз; длина пробега при посадке - l_np; максимальное значение коэффициента подъемной силы в посадочной конфигура­ции крыла - С_{у max п}; максимальное значение коэффициента подъемной силы во взлетной конфигурации крыла С_{у max взл}

2.3. Классификация самолетов

Классификацию самолетов проводят по многим критериям.

Одним из основных критериев классификации самолетов являет­ся критерий по назначению. этот критерий предопределяет летно-технические характеристики, геометрические параметры, компоновку и состав функциональных систем самолета.

По своему назначению самолеты подразделяют на гражданские и военные. Как первые, так и вторые самолеты классифицируют в зависимости от вида выполняемых задач.

Ниже рассмотрена классификация только гражданских самолетов.

Гражданские самолеты предназначены для перевозки пассажиров, почты, грузов, а также для решения разнообразных народнохозяйственных задач.

Самолеты под­разделяют на пассажирские, грузовые, экспериментальные, учебно-тренировочные, а также на самолеты целевого народнохозяйствен­ного назначения.

Пассажирские самолеты в зависимости от дальности полета и грузоподъемности подразделяют на:

- дальние магистральные самолеты – дальность полета L >6000 км;

- средние магистральные самолеты - 2500 < L < 6000 км;

- ближние магистральные самолеты - 1000< L < 2500 км;

- самолеты для местных воздушных линий (МВЛ) - L < 1000 км.

Дальние магистральные самолеты (рис. 2.3) с дальностью поле­та более 6000 км, обычно, оснащаются СУ из четырех ТРДД или винтовентиляторных двигателей, что позволяет повысить безопас­ность полета в случае отказа одного или двух двигателей.

Средние магистральные самолеты (рис. 2.4, рис. 2 .5) имеют СУ из двух-трех двигателей.

Ближнемагистральные самолеты (рис. 2.6) при дальности полета до 2500 км имеют СУ из двух-трех двигателей.

Самолеты местных воздушных авиалиний (МВЛ) эксплуатируются на авиационных трассах протяжен­ностью менее 1000 км, а их СУ может состоять из двух, трех и да­же четырех двигателей. Увеличение числа двигателей до четырех обу­словлено стремлением обеспечить высокий уровень безопасности поле­тов при большой интенсивности взлетов-посадок, характерных для са­молетов МВЛ.

К самолетам МВЛ можно отнести административные само­леты, которые рассчитаны на перевозку 4…12 пассажиров.

Грузовые самолеты обеспечивают перевозку грузов. Эти самолеты в зависимости от дальности полета и грузоподъемности могут подразделяться аналогично пассажирским. перевозка грузов может осуществляться как внутри грузовой кабины (рис.2.7), так и на внешней подвеске фюзеляжа (рис. 2.8).

Учебно-тренировочные самолеты обеспечивают подготовку и тренировку летного состава в учебных заведениях и центрах подготовки гражданской авиации (рис.2.9) Такие самолеты часто изготовляют двухместными (инструктор и стажер)

Экспериментальные самолеты создаются для решения конкретных научных проблем, проведения натурных исследований непосредственно в полете, когда необходима проверка выдвигаемых гипотез и конструктивных решений.

Самолеты народнохозяйственного назначения в зависимости от целевого использования разделяются на сельскохозяйственные, патрульные, наблюдения за нефте- и газопроводами, лесными массивами, прибрежной зоной, дорожным движением, санитарные, ледовой разведки, аэрофотосъемки и др.

Наряду со специально спроектированными для этих целей самолетами под целевые задачи могут переоборудоваться самолеты МВЛ малой грузоподъемности.

Рис. 2.7. Грузовой самолет

Рис.2.8

Рис. 2.9

Рис. 2.10

Рис. 2.8. Перевозка грузов на внешней подвеске

Рис. 2.9. Учебно-тренировочный самолет

Рис. 2.10. Самолет народнохозяйственного назначения

Аэродинамическую компоновку самолета характеризует число, внешняя форма несущих поверхностей и взаимное расположение крыла, оперения и фюзеляжа.

В основу классификации аэродинамических компоновок положено два признака:

- форма крыла;

- расположение оперения.

В соответствии с первым признаком выделяют шесть типов аэродинамических компоновок:

- с прямым и трапециевидным крылом;

- со стреловидным крылом;

- с треугольным крылом;

- с прямым крылом малого удлинения;

- с кольцевым крылом;

- с круглым крылом.

Для современных гражданских самолетов практически использу­ют первые два и частично третий тип аэродинамических компоновок.

Согласно второму типу классификации выделяют следующие три варианта аэродинамических компоновок самолетов:

- нормальной (классической) схемы;

- схемы ^"утка^";

- схема "бесхвостка".

Разновидностью схемы "бесхвостка" является схема "летающее крыло".

Самолеты нормальной схемы (см.рис.2.5, 2.6) имеют ГО, расположенное за крылом. Эта схема получила господствующее распространение на самолетах гражданской авиации.

Основные достоинства нормальной схемы:

- возможность эффективного использования механизации крыла;

- легкое обеспечение балансировки самолета с выпущенными закрылками;

- уменьшение длины но­совой части фюзеляжа. Это улучшает обзор пило­ту и уменьшает площадь ВО, так как укороченная носовая часть фюзеляжа вызывает появление меньшего дестабилизирующего путевого момента;

- возможность уменьшения площадей ВО и ГО, так как плечи ГО и ВО значительно больше, чем у других схем.

недоста­тки нормальной схемы:

- ГО создает отрицательную подъемную силу практически на всех режимах полета. Это приводит к уменьшению подъемной силы само­лета. Особенно на переходных режимах полета при взлете и посадке;

- ГО находится в возмущенном воздушном потоке за кры­лом, что отрицательно сказывается на его работе.

Для выноса ГО из "аэродинамической тени" крыла или из "спутной струи" закрылков на переходных режимах полета его смещают относительно крыла по высоте (рис.2.11, а), выносят его на середину киля (рис.2.11;б) или на верх киля (рис.2.11, в).

Рис. 2.11

Рис. 2.12

Рис. 2.11 Схемы размещения горизонтального оперения

а. ВО., смещенное относительно крыла по высоте;

б. ВО расположено на середине киля (крестообразное оперение);

в. Т- образное оперение;

г. v - образное оперение.

В практике самолетостроения известны случаи использования на самолете комбинированного, так назы­ваемого v -образного опе­рения (рис. 2.12). функции ГО и ВО в этом случае выполняют две поверхности, разнесенные под углом относительно друг друга. Рули, размещенные на этих поверхностях, при синхрон­ном отклонении вверх и вниз работают как РВ, а при отклонении одного руля вверх, а другого вниз достигается управление самоле­том в путевом отношении.

Достаточно часто на самоле­тах может применяться двухкилевое и даже трехкилевое ВО.

При аэродинами­ческой компоновке самолета по схеме "утка" на ГО разме­щают перед крылом на носовой части фюзеляжа (рис.2.13)

Достоинствами схемы "утка" являются:

- размещение ГО в невозмущенном воздушном потоке;

- возможность уменьшения размеров крыла, так как ГО стано­вится несущим, т.е. участвует в создании подъемной силы самоле­та;

- достаточно легкое парирование возникающего пикирующего мо­мента при отклонении механизации крыла отклонением ГО;

Рис. 2.13 Компоновка самолета по схеме "утка"

- увеличение плеча ГО на более 30 %, чем у нормальной схемы, что позволяет уменьшить площадь крыла;

- при достижении больших углов атаки срыв потока на ГО воз­никает раньше, чем на крыле, что практически устраняет опасность выхода самолета на закритические углы атаки и сваливание его в штопор.

У самолета, выполненного по схеме "утка", смещение положе­ния фокуса назад при переходе от М <1 к М>1 меньше, чем у са­молетов нормальной схемы_, поэтому увеличение степени продольной устойчивости наблюдается в меньшей мере.

Недостатками данной схемы являются:

- снижение несущей способности крыла на 10-15 % из-за ско­са потока от ГО;

- сравнительно малое плечо ВО, приводящее к увеличению пло­щади ВО, а иногда и к установке двух килей для увели­чения путевой устойчивости. Это компенсирует дестабилизирующий мо­мент, создаваемый удлиненной носовой частью фюзеляжа.

Схема "бесхвостка" характеризуется отсутстви­ем ГО (см. рис. 1.13), при этом функции ГО перекладываются на кры­ло. Самолеты, выполненные по такой схеме, могут не иметь фюзе­ляжа, в этом случае их называют "летающим крылом". Для таких са­молетов характерно минимальное лобовое сопротивление.

Схема "бесхвостка" имеет следующие достоинства:

- так как на таких самолетах используются треугольные крылья, то при больших размерах бортовой нервюры можно уменьшить относи­тельную толщину профиля, обеспечив рациональное использование объема крыла для размещения топлива;

- отсутствие нагрузок ГО позволяет облегчить хвостовую часть фюзеляжа;

- уменьшается стоимость и масса планера, так как отсутству­ет ГО, по этой же причине уменьшается сопротивление трения самолета из-за уменьшения площади обтекаемой воздушным потоком поверхности;

- значительные геометрические размеры бортовой нервюры обе­спечивают возможность создать эффект "воздушной подушки^" на ре­жиме посадки самолета;

- так как в схеме "бесхвостка" применяют крылья двойной стреловидности, то на взлетном режиме происходит существенней прирост коэффициента подъемной силы.

Среди недостатков этой схемы наиболее существенным являются:

- невозможность полного использования несущей способности крыла на посадке;

- снижение потолка самолета из-за уменьшения аэродинамичес­кого качества, что объясняется удержанием элевонов в верхнем отклоненном положении для достижения наибольшего угла атаки кры­ла;

- сложность, а иногда и невозможность балансировки самоле­та при выпущенных закрылках;

- сложность обеспечения путевой устойчивости самолета из-за малого плеча ВО, поэтому иногда устанавливают три киля (см. рис. 1.13).

В практике опытного авиастроения можно встретить варианты с комбинацией основных схем в одном самолете.

Возможен вариант, когда на самолете применяют два ГО - одно перед крылом и второе за ним. При реализации схемы "тандем", самолет имеет почти соизмеримые по площади крыло и ГО. Схему "тандем" можно рассматривать как промежуточную между нормальной схемой и схемой "утка", благодаря чему расширяется эксплуатационный диапазон центровок при сравнительно малых потерях аэродинамического качества на ба­лансировку самолета.

Основными конструктивными признаками, по которым проводят классификацию самолетов, служат:

- число и расположение крыльев;

- тип фюзеляжа;

- тип двигателей, число и размещение их на самолете;

- схема шасси, характеризуемая количеством опор и их взаим­ным расположением относительно ЦМ самолета.

В зависимости от числа крыльев различают монопланы и бипланы.

Схема моноплана доминирует в самолетостро­ении, и большинство самолетов выполняется именно по этой схеме, что обусловлено меньшим лобовым сопротивлением моноплана и воз­можностью увеличения роста скоростей полета.

Самолеты схемы "биплан" (рис.2.16) отличаются высокой маневренностью, но они тихоходны, поэтому данную схему реализуют для самолетов специального назначения, например, для сельскохозяйственных.

Рис 2. 16 Самолет схемы "биплан"

По расположению крыла относитель­но фюзеляжа самолеты могут выполняться по схеме "низкоплан" (рис.2.17, а), "среднеплан" (рис. 2.17, б) и "высокоплан" (рис.2.17, в).