1.4. Выбор схемы самолета, типа и количества двигателей
Под выбором (или синтезом) схемы понимается последовательность действий (конструктора или САПР), направленных на определение числа, типов и взаимного расположения функциональных агрегатов самолета, в существенной мере влияющих на внешнюю (аэродинамическую) конфигурацию самолета и определяющих, таким образом, его облик.
К этапу «синтез схемы» отнесем:
- разработку принципов размещения целевой нагрузки и экипажа;
-определение состава и взаимного расположения несущих и стабилизирующих поверхностей (крыла, ГО, ВО), т.е. определение балансировочной схемы самолета;
- определение типа, числа и положения двигателей относительно планера самолета;
- выбор схемы шасси;
- разработку особых мероприятий, позволяющих выполнить специальные требования ТЗ (например, малое значение ЭПР).
Этот этап проектирования выполняется на основании рекомендаций, данных в лекционном курсе [12], а также в специальной литературе [1, 2, 7].
Простейшая процедура выбора схемы самолета может включать следующие операции:
а) Формирование нескольких (2...4-х) вариантов схем самолета, представленных в виде схематических рисунков;
б) Анализ сформированных схем на основе качественного сравнения отдельных схемных (компоновочных) признаков
в) Выбор рациональной с точки зрения эффективной эксплуатации и учета существующих ограничений схемы самолета.
В курсовой работе допустим наиболее простой прием получения вариантов схемы проектируемого самолета – это использование после соответствующего анализа схем уже существующих самолетов либо непосредственно, либо после некоторых изменений.
Анализ вариантов схемы должен включать сравнительные количественные и (или) качественные оценки достоинств и недостатков этих вариантов между собой в условиях конкретного ТЗ. При этом допустимо применение экспертных методов анализа [6].
Выбор рационального варианта схемы должен быть доказательным, т.е. основанным как на результатах анализа вариантов схем, так и на обязательном учете степени важности проявления их достоинств и недостатков в условиях конкретного ТЗ. Пример качественного анализа и выбора схемы дозвукового пассажирского самолета, использующего в качестве топлива сжиженный природный газ, приведен в Приложении 3 к данному пособию.
Критерии выбора той или иной балансировочной схемы, а также типа, числа и компоновки двигателей проектируемого самолета излагаются в лекционном курсе по дисциплине «Проектирование самолетов», а также описаны в учебниках и пособиях [1, 4, 5, 7, 11]. При этом следует отдать предпочтение количественной оценке принимаемых схемных и компоновочных решений.
Например, при выборе типа компоновки силовой установки дозвукового магистрального пассажирского самолета можно воспользоваться методикой, оценивающей влияние различных факторов на уменьшение дальности полета «реального» самолета по сравнению с «идеальным», у которого тяга обеспечивается виртуальным вектором [12]. К числу таких факторов, зависящих от типа компоновки силовой установки, относятся изменение аэродинамического сопротивления -Сх и массы самолета m0, а также снижение тяги двигателя за счет потерь полного напора потока в воздушных каналах -Р. «Реальный» вариант компоновки двигателей, обеспечивающий наименьшие потери дальности полета самолета по сравнению с «идеальным» вариантом, будет наиболее предпочтительным (см. таблицу 1.1).
№ |
Тип компоновки СУ |
Схема |
Потери дальности полета за счет различных факторов |
Cymax |
|
|||
-Сх |
-Р |
m0 |
-L |
|||||
1 |
В корневой части крыла |
|
-7,8 |
-1,8 |
+0,3 |
-9,3 |
1,8 |
|
2 |
На пилонах под крылом |
-11,8 |
-0,8 |
+1,2 |
-11,4 |
2,1 |
||
3 |
На пилонах над крылом |
-12,5 |
-1 |
+1 |
-12,5 |
2,9 |
||
4 |
На хвост. части фюзеляжа |
-10,2 |
-1,2 |
0 исх. вар. |
-11,4 |
2,5 |
||
5 |
3-х двигат. схема в хвост. части ф-жа |
-8,2 |
-1,5 |
+0,2 |
-9,5 |
2,9 |
||
6 |
Двигатели внутри хвостовой части ф-жа |
-5 |
-2 |
+0,6 |
-6,4 |
3,2 |
||
Таблица 1.1. Сравнение различных вариантов компоновки двигателей на дозвуковом пассажирском самолете
Выбор двигателя для проектируемого самолета состоит из:
а) предварительного выбора двух - трех реальных двигателей (или проектов перспективных двигателей) по величине взлетной тяги или мощности соответствующих двигателям, установленным на самолетах-прототипах.;
б) анализа выбранных двигателей с точки зрения соответствия их заданным режимам полета и требованиям эксплуатации;
в) выбора наилучшего двигателя-прототипа.
Предварительный выбор двигателей (или проектов перспективных двигателей) осуществляется по данным научно-технического задела в зависимости от их размерности (класса их тяги или мощности). Каждый из двигателей рассматривается в качестве возможного двигателя-прототипа, тяга или мощность которого будет уточнена по результатам последующих проектных расчетов, выполняемых в курсовой работе.
Анализ полученных вариантов двигателей должен включать сравнительную количественную оценку их удельных характеристик между собой в условиях конкретного ТЗ. При этом методика количественной оценки двигателей может быть подобна описанной выше методике сравнения компоновочных вариантов двигателей на самолете.
Выбор наилучшего двигателя должен быть доказательным, т.е. основанным как на результатах анализа вариантов двигателей, так и на обязательном учете степени важности проявления их характеристик в условиях конкретного ТЗ
.
Завершается данный раздел проектирования вычерчиванием эскиза самолета выбранной схемы с принятым типом двигателя. Примеры таких эскизов приведены на рис 1.3.
Рис. 1.3. Примеры эскизов общих видов самолетов:
а. – учебно-тренировочного; б – пассажирского.