Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С. П. Королева»
Кафедра динамики полета и систем управления
Пояснительная записка к курсовой работе
по динамике полета самолета
Выполнил: студент гр. 3404
Симонов С.А.
Проверил: Давыдов И.Е.
Самара 2009
РЕФЕРАТ
Курсовая работа: страницы, приложение, 4 источника
ЛЁТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ДИАПАЗОН ВЫСОТ И СКОРОСТЕЙ, ДАЛЬНОСТЬ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ПОЛЕТА САМОЛЕТА, СКОРОПОДЪЕМНОСТЬ, ВЗЛЕТНАЯ И ПОСАДОЧНАЯ ДИСТАНЦИИ, РАСПОЛАГАЕМЫЙ ЗАПАС ТОПЛИВА САМОЛЕТА
В данной работе проведен расчет летных характеристик самолета (диапазона высот и скоростей установившегося полета, скороподъемности), взлетных и посадочных характеристик (длина взлетной и посадочной дистанции), построены графики летных характеристик, выполнен расчет дальности и продолжительности полета. Сделан вывод о характеристиках рассчитываемого самолета, а также проведено сравнение с самолетом-прототипом.
Содержание
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
1 Расчет летных характеристик самолета с турбореактивным двигателем. . . . . . . . . . . . 8
1.1 Исходные данные для расчета летных характеристик самолета. . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
1.2 Расчет диапазона высот и скоростей установившегося горизонтального полета упрощенным методом тяг. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
1.3 Расчет скороподъемности самолета. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 Взлетные и посадочные характеристики самолета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1 Расчет длины взлетной дистанции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 Расчет длины посадочной дистанции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 Расчет дальности и продолжительности полета самолета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.1 Расчет затрат топлива и дальности полета на участках набора высоты и снижения .28
3.2 Расчет дальности и продолжительности полета самолета на крейсерском участке. .29
3.2.1 Расчет располагаемого запаса топлива. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
3.2.2 Приближенный расчет дальности и продолжительности полета на заданной скорости V *= const и высоте H = H *= const . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Введение
Данная работа направлена на изучение и освоение методик расчета основных летных характеристик дозвукового самолета, таких как диапазон высот и скоростей полета, скороподъемность, длина взлетной и посадочной дистанции, дальность и продолжительность полета, затрат топлива на участках набора высоты и снижения, крейсерском участке полета. Данные характеристики рассчитываются на этапе проектирования и определяют условия эксплуатации самолета.
Летно-технические характеристики Ан-225 Мрия:
Год создания 1988
Экипаж 6 человек
Максимальная скорость 850 км/ч
Крейсерская скорость 750 км/ч
Дальность перегоночная 15400 км
Дальность действия 4500-9600 км
Максимальная взлетная масса 596000 кг.
Максимальная грузоподъемность 250000 кг.
Длина взлетно-посадочной полосы 3500 м
Площадь крыла 940 м2
Размах крыльев 88,4 м
Длина самолета 84 м
Высота самолета 18,1 м
Двигатели 6*Д18Т
Мощность 6*230 кН
1 Расчет летных характеристик самолета с турбореактивным двигателем
1.1 Исходные данные для расчета лётных характеристик самолёта
Необходимо рассчитать лётные характеристики для самолёта Ан-225 Мрия.
Заданы:
mвзл = 596 000 кг,
mт = 240000 кг,
S = 940 м 2,
Двигатели 6*Д18Т
Pвзл = 6·230 000 Н,
Суд = 0,038 кг/Н ·час (при Н=0 и М=0)
Аэродинамические силовые характеристики задаются в виде поляр и зависимостей Суа () для полётной, взлётной и посадочной конфигураций самолёта.
1.2 Расчет диапазона высот и скоростей установившегося горизонтального полёта упрощённым методом тяг
Для расчета диапазона высот и скоростей необходимо построить диаграммы потребных и располагаемых тяг для различных высот и скоростей (M) и средней полетной массы самолёта
принимается средняя полетная масса - m = 476 000 кг.
Задаёмся несколькими значениями расчетных высот от нуля до предполагаемого теоретического потолка. Зададимся значениями чисел Маха от Мmin до максимальной величины Мmax , для которой определена лётная поляра самолёта.
Минимальное число Маха установившегося горизонтального полёта определяется по формуле:
где qa = 0,5a 2 – скоростной напор, который соответствует скорости звука «а» на рассматриваемой высоте и определяется по таблице стандартной атмосферы [1].
Для каждой высоты и различных чисел М определяются потребные Pп и располагаемые Pр тяги:
Значения (H,M) определяются по высотно-скоростным характеристикам двигателя [1].
Для большей точности построения диаграммы потребных тяг следует определить минимальную для всех высот потребную тягу в области докритических чисел М:
где kmax – максимальное аэродинамическое качество, определяемое по докритической поляре самолета
Максимальному аэродинамическому качеству соответствует наивыгоднейшая скорость полёта Vнв или соответственно Мнв:
где cya НВ = 0,53 - коэффициент аэродинамической подъёмной силы соответствующий kmax.
На больших высотах минимальные скорости Vmin (Mmin) определяются в левых точках пересечения кривых потребных и располагаемых тяг, а наивыгоднейшие скорости VНВ (MНВ) определяются по кривым потребных тяг при Pп min.
Для каждой высоты результаты расчёта потребных и располагаемых тяг заносятся в соответствующую таблицу.
По результатам расчета строятся кривые потребных и располагаемых тяг для выбранных высот полёта в координатах (P,V). В правых точках пересечения располагаемых и потребных тяг определяются значения максимальных скоростей Vmax установившегося горизонтального полёта.
Для высоты Н=0 км результаты расчёта потребных и располагаемых тяг представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Расчет потребной и располагаемой тяг для высоты Н = 0 км
|
№1 |
Н, км |
0 |
|
qa, Н/м |
70940 |
а, м/с |
340 |
|
|
M |
Мmin. |
Mср. |
Мн.в. |
М(0,4) |
М(0,5) |
М(0,6) |
М(0,7) |
М(0,8) |
|
M |
0,24 |
0,3015439 |
0,36 |
0,40 |
0,50 |
0,60 |
0,70 |
0,80 |
|
V |
81,5 |
102,52491 |
123,6 |
136,0 |
170,0 |
204,0 |
238,0 |
272,0 |
|
Cya |
1,22 |
0,7701679 |
0,53 |
0,4376898 |
0,2801214 |
0,19452878 |
0,1429191 |
0,10942244 |
|
Cxa |
0,128 |
0,057 |
0,035 |
0,029 |
0,0225 |
0,022 |
0,021 |
0,021 |
|
K |
9,53 |
13,511717 |
15,14 |
15,09 |
12,45 |
8,84 |
6,81 |
5,21 |
|
Pn |
489954,26 |
345616,8 |
308388,07 |
309411,9 |
375095,25 |
528134,112 |
686174,244 |
896227,584 |
|
Pp |
1104000 |
1035000 |
966000 |
938400 |
883200 |
855600 |
828000 |
841800 |
|
ε |
0,8 |
0,75 |
0,7 |
0,68 |
0,64 |
0,62 |
0,6 |
0,61 |
По результатам расчета на рисунке 1 построены кривые потребных и располагаемых тяг для выбранной высоты полёта.
Рисунок 1 – Кривая потребных и располагаемых тяг для высоты Н = 0 км
Для высоты Н=2 км результаты расчёта потребных и располагаемых тяг представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Расчет потребной и располагаемой тяг для высоты Н = 2 км
|
№2 |
Н, км |
2 |
qa, Н/м |
55730 |
а, м/с |
332 |
|
|
M |
Мmin. |
Mср. |
Мн.в. |
М(0,5) |
М(0,6) |
М(0,7) |
М(0,8) |
|
M |
0,27 |
0,3402135 |
0,41 |
0,50 |
0,60 |
0,70 |
0,80 |
|
V |
89,7 |
112,95088 |
136,2 |
166,0 |
199,2 |
232,4 |
265,6 |
|
Cya |
1,22 |
0,7701679 |
0,53 |
0,356573 |
0,2476202 |
0,18192502 |
0,13928634 |
|
Cxa |
0,128 |
0,057 |
0,035 |
0,026 |
0,0225 |
0,0215 |
0,024 |
|
K |
9,53 |
13,511717 |
15,14 |
13,71 |
11,01 |
8,46 |
5,80 |
|
Pn |
489954,26 |
345616,8 |
308388,07 |
340510,3 |
424328,22 |
551888,617 |
804652,032 |
|
Pp |
952200 |
897000 |
828000 |
786600 |
745200 |
703800 |
690000 |
|
ε |
0,69 |
0,65 |
0,6 |
0,57 |
0,54 |
0,51 |
0,5 |
По результатам расчета на рисунке 2 построены кривые потребных и располагаемых тяг для выбранной высоты полёта.
Рисунок 2 - Кривая потребных и располагаемых тяг для высоты Н = 2 км
Для высоты Н=4 км результаты расчёта потребных и располагаемых тяг представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Расчет потребной и располагаемой тяг для высоты Н = 4 км
|
№3 |
Н, км |
4 |
qa, Н/м |
43140 |
а, м/с |
324 |
|
|
|
M |
Мmin. |
Mср. |
Мн.в. |
М(0,5) |
М(0,6) |
М(0,7) |
М(0,8) |
М(0,9) |
|
M |
0,3072337 |
0,3866838 |
0,466134 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
V |
99,5 |
125,28556 |
151,0 |
162,0 |
194,4 |
226,8 |
259,2 |
291,6 |
|
Cya |
1,22 |
0,7701679 |
0,53 |
0,4606355 |
0,3198858 |
0,23501811 |
0,17993574 |
0,14217145 |
|
Cxa |
0,128 |
0,057 |
0,035 |
0,031 |
0,024 |
0,022 |
0,024 |
0,031 |
|
K |
9,53 |
13,511717 |
15,14 |
14,86 |
13,33 |
10,68 |
7,50 |
4,59 |
|
Pn |
489954,26 |
345616,8 |
308388,07 |
314274,9 |
350365,82 |
437146,248 |
622872,576 |
1018250,68 |
|
Pp |
828000 |
772800 |
717600 |
703800 |
662400 |
634800 |
621000 |
648600 |
|
ε |
0,6 |
0,56 |
0,52 |
0,51 |
0,48 |
0,46 |
0,45 |
0,47 |
По результатам расчета на рисунке 3 построены кривые потребных и располагаемых тяг для выбранной высоты полёта.
Рисунок 3 - Кривая потребных и располагаемых тяг для высоты Н = 4 км
Для высоты Н=6 км результаты расчёта потребных и располагаемых тяг представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Расчет потребной и располагаемой тяг для высоты Н = 6 км
|
№4 |
Н, км |
6 |
qa, Н/м |
33000 |
а, м/с |
316 |
|
|
M |
Ммин. |
Mср. |
Мн.в. |
М(0,6) |
М(0,7) |
М(0,8) |
М(0,9) |
|
M |
0,3512788 |
0,4421189 |
0,5329591 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
V |
111,0 |
139,70958 |
168,4 |
189,6 |
221,2 |
252,8 |
284,4 |
|
Cya |
1,22 |
0,7701679 |
0,53 |
0,4181779 |
0,3072328 |
0,23522508 |
0,18585686 |
|
Cxa |
0,128 |
0,057 |
0,035 |
0,028 |
0,024 |
0,025 |
0,0315 |
|
K |
9,53 |
13,511717 |
15,14 |
14,93 |
12,80 |
9,41 |
5,90 |
|
Pn |
489954,26 |
345616,8 |
308388,07 |
312681,6 |
364795,2 |
496320 |
791475,3 |
|
Pp |
690000 |
648600 |
607200 |
579600 |
552000 |
538200 |
552000 |
|
ε |
0,5 |
0,47 |
0,44 |
0,42 |
0,4 |
0,39 |
0,4 |
По результатам расчета на рисунке 4 построены кривые потребных и располагаемых тяг для выбранной высоты полёта.
Рисунок 4 - Кривая потребных и располагаемых тяг для высоты Н = 6 км
Для высоты Н=8 км результаты расчёта потребных и располагаемых тяг представлены в таблице 5.
Таблица 5 - Расчет потребной и располагаемой тяг для высоты Н = 8 км
|
№5 |
Н, км |
8 |
qa, Н/м |
24910 |
а, м/с |
308 |
|
М |
Ммин. |
Mср. |
Мн.в. |
М(0,7) |
М(0,8) |
М(0,9) |
|
М |
0,40 |
0,51 |
0,61 |
0,70 |
0,80 |
0,90 |
|
V |
124,5 |
156,7 |
188,9 |
215,6 |
246,4 |
277,2 |
|
Cya |
1,22 |
0,7701679 |
0,53 |
0,4070125 |
0,3116189 |
0,24621743 |
|
Cxa |
0,128 |
0,057 |
0,035 |
0,0284 |
0,028 |
0,0345 |
|
K |
9,53 |
13,51 |
15,14 |
14,33 |
11,13 |
7,14 |
|
Pn |
489954,26 |
345616,8 |
308388,07 |
325848,71 |
419603,97 |
654343,353 |
|
Pp |
593400 |
552000 |
510600 |
483000 |
469200 |
483000 |
|
ε |
0,43 |
0,4 |
0,37 |
0,35 |
0,34 |
0,35 |
По результатам расчета на рисунке 5 построены кривые потребных и располагаемых тяг для выбранной высоты полёта.
Рисунок 5 - Кривая потребных и располагаемых тяг для высоты Н = 8 км
Для высоты Н=9 км результаты расчёта потребных и располагаемых тяг представлены в таблице 6.
Таблица 6 - Расчет потребной и располагаемой тяг для высоты Н = 9 км
|
№6 |
Н, км |
9 |
qa, Н/м |
21510 |
а, м/с |
304 |
|
М |
Ммин. |
Мcp |
Мн.в. |
М(0,7) |
М(0,8) |
М(0,9) |
|
М |
0,44 |
0,55 |
0,66 |
0,70 |
0,80 |
0,90 |
|
V |
132,3 |
166,5 |
200,7 |
212,8 |
243,2 |
273,6 |
|
Cya |
1,22 |
0,7701679 |
0,53 |
0,4713473 |
0,3608753 |
0,28513604 |
|
Cxa |
0,128 |
0,058 |
0,037 |
0,033 |
0,03 |
0,037 |
|
K |
9,53 |
13,28 |
14,32 |
14,28 |
12,03 |
7,71 |
|
Pn |
489954,26 |
351680,26 |
326010,25 |
326947,7 |
388212,48 |
605975,418 |
|
Pp |
510600 |
483000 |
455400 |
441600 |
427800 |
427800 |
|
ε |
0,37 |
0,35 |
0,33 |
0,32 |
0,31 |
0,31 |
По результатам расчета на рисунке 6 построены кривые потребных и располагаемых тяг для выбранной высоты полёта.
Рисунок 6 - Кривая потребных и располагаемых тяг для высоты Н = 9 км
Для высоты Н=10 км результаты расчёта потребных и располагаемых тяг представлены в таблице 7.
Таблица 7 - Расчет потребной и располагаемой тяг для высоты Н = 10 км
|
№7 |
Н, км |
10 |
qa, Н/м |
18500 |
а, м/с |
299 |
|
М |
Ммин. |
Mcp |
Мн.в. |
М(0,8) |
М(0,9) |
|
|
М |
0,47 |
0,59 |
0,71 |
0,80 |
0,90 |
|
|
V |
140,3 |
176,6 |
212,8 |
239,2 |
269,1 |
|
|
Cya |
1,22 |
0,7701679 |
0,53 |
0,4195907 |
0,3315284 |
|
|
Cxa |
0,128 |
0,0575 |
0,037 |
0,033 |
0,039 |
|
|
K |
9,53 |
13,39 |
14,32 |
12,71 |
8,50 |
|
|
Pn |
489954,26 |
348648,53 |
326010,25 |
367276,8 |
549350,1 |
|
|
Pp |
469200 |
441600 |
427800 |
414000 |
414000 |
|
|
ε |
0,34 |
0,32 |
0,31 |
0,3 |
0,3 |
|
По результатам расчета на рисунке 7 построены кривые потребных и располагаемых тяг для выбранной высоты полёта.
Рисунок 7 - Кривая потребных и располагаемых тяг для высоты Н = 10 км
Для высоты Н=11 км результаты расчёта потребных и располагаемых тяг представлены в таблице 8.
|
№8 |
Н, км |
11 |
qa, Н/м |
15830 |
а, м/с |
295 |
|
М |
Ммин. |
М(0,6) |
М(0,7) |
Мн.в. |
М(0,9) |
|
|
М |
0,51 |
0,60 |
0,70 |
0,77 |
0,90 |
|
|
V |
149,6 |
177,0 |
206,5 |
227,0 |
265,5 |
|
|
Cya |
1,22 |
0,8717544 |
0,6404726 |
0,53 |
0,3874464 |
|
|
Cxa |
0,128 |
0,069 |
0,048 |
0,044 |
0,043 |
|
|
K |
9,53 |
12,63 |
13,34 |
12,05 |
9,01 |
|
|
Pn |
489954,26 |
369624,17 |
349982,3 |
387687,86 |
518277,37 |
|
|
Pp |
441600 |
414000 |
400200 |
393300 |
386400 |
|
|
ε |
0,32 |
0,3 |
0,29 |
0,285 |
0,28 |
|
По результатам расчета на рисунке 8 построены кривые потребных и располагаемых тяг для выбранной высоты полёта
Рисунок 8 - Кривая потребных и располагаемых тяг для высоты Н = 11 км
Далее определяются эксплуатационные ограничения скорости, обусловленные:
а) предельно допустимым значением угла атаки αдоп или суа доп :
принимается суа доп = 0,85·суамах ;
;
,
б) предельно допустимым скоростным напором qпред :
принимается qпред = 16000 Н/м 2:
;
.
Все результаты расчета скоростей установившегося горизонтального полета заносятся в таблицу 9.
Таблица 9 - Скорости установившегося горизонтального полета
|
Скорости установившегося горизонтального полета |
||||||
|
Н, м |
Vmin, м/с |
Vmin доп, м/с |
VН.В. ,м/с |
Vmax, м/с |
Vq , м/с |
VM, м/с |
|
0 |
81,46 |
88,35 |
123 |
306 |
161,62 |
782 |
|
2000 |
89,74 |
97,34 |
136 |
298,8 |
178,26 |
763,6 |
|
4000 |
99,54 |
107,97 |
151 |
291,6 |
197,60 |
745,2 |
|
6000 |
111,004 |
120,40 |
170 |
284,4 |
220,35 |
726,8 |
|
8000 |
124,53 |
135,07 |
185 |
277,2 |
246,76 |
708,4 |
|
9000 |
132,27 |
143,46 |
193 |
265 |
262,18 |
699,2 |
|
10000 |
144 |
165 |
200 |
250 |
278,41 |
687,7 |
|
11000 |
162 |
200 |
202 |
230 |
296,57 |
678,5 |
Строится сводный график Vmin , Vmin доп , Vнв , Vmax , Vq в зависимости от высоты полёта. В итоге получается лётный эксплуатационный диапазон высот и скоростей установившегося горизонтального полёта, представленный на рисунке 9.
Рисунок 9 – Диапазон высот и скоростей установившегося горизонтального полета дозвукового самолета с ТРД с учётом эксплуатационных ограничений
Диаграмма потребных и располагаемых тяг самолета для всего
рассчитанного диапазона высот изображена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Диаграмма потребных и располагаемых тяг дозвукового самолета