книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учебник
..pdfКОНСТРУКЦИЯ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ
Под редакцией К. Д. ТУРКИНА
Утвержден Главнокомандующим Военно-Воздушными Силами
в качестве учебника для слушателей инженерных ВВУЗов ВВС
УДК 629.7.02 |
Гос. пубдич, |
|
|
научно-те- |
»< < м ш |
|
библиит |
1 + |
|
ЭНЗЕ' |
' АДА |
|
ЧИТАЛЬ? |
А * 34/ &
Чк- и м д
Настоящая книга является учебником по курсу «Конструкция летатель ных аппаратов» для слушателей ВВИА им. профессора Н. Е. Жуковского
иинженерных ВВУЗов ВВС.
Вней излагаются основные положения по устройству щ анализу конст
рукций, необходимые для грамотной эксплуатации летательных аппаратов. Рассматриваются как отдельные части конструкции летательного аппара та: планер, взлетно-посадочные устройства, средства аварийного спасения экипажа, топливные и противопожарные системы, так и общие вопросы кон струкции: оценка условий работы с различных аэродромов, ресурса, а также боевой живучести летательного аппарата; взаимосвязь свойств и подход к выбору рациональных параметров военного летательного аппарата, типо вые варианты конструкций разных видов. Книга в значительней части бази
руется на научно-методических разработках ее авторов. |
направ |
||||||
В целом изложение материала имеет |
военно-эксплуатационную |
||||||
ленность. |
|
|
|
|
|
|
|
Книга может быть использована инженерным и летным составом строевых |
|||||||
частей и научно-исследовательских учреждений ВВС. |
|
|
|||||
Введение, главы 5, |
6, 7 и § 1.3 главы 1 |
написаны К. Д. Туркиным; главы |
|||||
1, 15 и 16 — Э. М. Соболевым; главы 2, 3, |
4 и 20 — Е. Ф. Крестьяниновым; |
||||||
главы 8, |
13 и 14 — Л. В. Мышкиным; главы 9, 10, |
11 и 12 — В. А. Тихонра- |
|||||
вовым; |
главы 17 и 21 |
— П. Е, Лисицким; |
глава |
18 — Э. М. Соболевым |
и |
||
К. Д. Туркиным; глава |
19 — Л. В. |
Мышкиным и К. Д. Туркиным. |
Учебник |
||||
написан по открытой отечественной |
и зарубежной |
литературе, приведенной |
в |
||||
конце книги. |
|
|
авторы использовали советы и ре |
||||
При работе над настоящим учебником |
комендации заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора, док
тора технических наук В. Ф. Болховитинова редактора предыдущего
учебника кафедры «Конструкция и боевая эффективность летательных аппа ратов» издания 1962 года.
Авторы приносят |
благодарность |
доценту, канд. техн. |
наук В. Н. |
Зай |
цеву и возглавляемой |
им кафедре |
КВИАВУ за ценные |
замечания, |
кото |
рые были учтены при окончательном редактировании рукописи учебника. |
|
Иллюстраций — 408, таблиц — 2, библиография — 103.
ВВЕДЕНИЕ
Современный военный летательный аппарат является синте зом достижений науки и техники. Без понимания устройства и функционирования элементов конструкции и всего аппарата в целом немыслимы успешная эксплуатация и участие инженера ВВС в совершенствовании боевой авиационной техники.
Как известно,* в развитии авиационной и ракетной техники, в разработке эффективных способов ее боевого применения выда ющаяся роль принадлежит русским и советским ученым, конст рукторам, инженерам и летчикам.
Творцом первого в мире самолета был русский ученый и изоб ретатель А. Ф. Можайский. Построенный им аппарат, который имел основные части современного самолета: крыло, фюзеляж, оперение, рули, шасси, а также двигатель с винтом, при испыта ниях поднялся в воздух в 1882 г. Профессор Н. Е. Жуковский своими работами заложил основы науки, объясняющей законы полета, и внес всемирно известный вклад в развитие авиации. Он со своими талантливыми учениками гармонично сочетал фунда ментальные теоретические исследования с серьезными экспери ментами, что в весьма большой мере способствовало ускоренно му развитию авиации в России.
На Русско-Балтийском заводе в 1913 году был построен пер вый в мире четырехмоторный самолет «Русский Витязь», кото рым было положено начало тяжелого самолетостроения.
Замечательный военный летчик П. Н. Нестеров, исследуя ма невренные свойства самолета, совершил в 1913 г. впервые в мире «мертвую петлю», открывшую новые боевые возможности авиа ции.
В годы Советской власти в нашей стране благодаря постоян ной заботе Коммунистической партии и Советского правитель ства авиационная наука и техника стали развиваться высокими темпами. Уже в первые годы после революции были организова ны такие всемирно известные центры авиационной науки, как ЦАГИ имени проф. Н. Е. Жуковского, ВВИА имени проф. Н. Е. Жуковского, НИИ ВВС и др.
При проведении в жизнь курса партии на индустриализацию страны в годы первых пятилеток советским народом создается
* Авторы рекомендуют прочитать книгу В. Ф. Болховитинова «Очерки развития летательных аппаратов». Воениздат, 1962.
3
своя авиационная промышленность и выпускается много замеча тельных самолетов под руководством талантливых конструкто ров: Н. Н. Поликарпова, А. Н. Туполева, С. В. Ильюшина, В. М. Петлякова, С. А. Лавочкина, А. И. Микояна, А. С. Яковлева, П. О. Сухого и др. В числе испытателей этих самолетов были зна менитые летчики В. П. Чкалов, М. М. Громов, А. Т. Юмашев и др. На советских летательных аппаратах было установлено мно го мировых рекордов. Для наших конструкторов характерны оригинальность решений и новаторство в авиастроении. Это под тверждается созданием многих выдающихся рекордных тяжелых самолетов, таких как «Максим Горький», АНТ-44 и других, пре восходных истребителей «И-16», «ЯК», «ЛА». В мае 1942 года был построен и облетан первый в мире ракетный истребитель конструкции В. Ф. Болховитинова «БИ-1».
В годы Великой Отечественной войны советская военная авиация продемонстрировала свое превосходство над противни ком, особенно во второй период войны, когда наши ВВС превос ходили противника не только по качеству и по мастерству летно го и командного состава, но и по количеству самолетов.
В годы послевоенных пятилеток советский народ под руковод ством партии и правительства продолжает укреплять свои Во оруженные Силы, создавать новую авиационную и ракетную технику. Высокий уровень развития авиационной и ракетной техники достигается благодаря успешной деятельности ши рокой сети научно-исследовательских институтов, конст рукторских бюро, учебных авиационных институтов, а также на личию первоклассной авиапромышленности в нашей стране. Со вершается качественный скачок перехода от поршневой авиации к реактивной. Создаются и поступают на вооружение наших ВВС совершенные реактивные истребители, бомбардировщики, военно-транспортные самолеты и вертолеты. Появились реактив ные пассажирские самолеты и вертолеты гражданской авиации.
Впервые в мире гражданин Советского Союза коммунист майор Ю. А. Гагарин на советском космическом корабле выходит в космос. Вслед за этим следуют одно за другим знаменательные события по овладению космосом советскими людьми, которые определяют ведущую роль нашей страны как авиационной и космической державы. Сбываются мечты и научные предвидения замечательного деятеля науки, нашего соотечественника К. Э. Циолковского.
При создании летательных аппаратов к их конструкции предъявляются общие технические требования, которые должны неуклонно выполняться.
Летательный аппарат должен успешно выполнять боевые за дачи в составе боевого авиационного комплекса. Это обеспечива ется, в частности, соответствующими аэродинамическими ха рактеристиками аппарата и свойствами двигательной установки, достаточной прочностью и жесткостью конструкции при возмож
4
но меньшем весе, необходимой проходимостью по грунту (для самолетов), постановкой на аппарат эффективного вооружения и оборудования, совершенством летательного аппарата в эксплуа тации и при ремонте.
Экипажу должны быть обеспечены нормальные условия рабо ты при полете и выполнении боевого задания, а также надеж ное спасение в случае необходимости. Эти требования выполня ются за счет специального оборудования кабин экипажа.
Должна обеспечиваться достаточно высокая боевая жи вучесть летательного аппарата, под которой понимается его спо собность выполнять полет в соответствии с боевым заданием при наличии повреждений от огня противника. Обеспечивает ся она применением более живучих конструкций, противопожар ными мерами, бронированием и экранированием жизненно важ ных агрегатов, многократным резервированием систем и агрега тов и т. д.
Аппарат должен обладать высокой надежностью и безопас ностью полетов (для пилотируемых аппаратов), под которыми понимается его способность соответственно безотказно работать в течение заданного срока службы и не выходить на недопусти мые режимы полета из-за отказов техники или ошибок летчика.
Надежность обеспечивается главным образом многократным резервированием и применением проверенных на практике эле ментов системы, а также достаточной величиной запаса прочно сти частей конструкции.
Безопасность полетов, кроме того, обеспечивается благоприят ными аэродинамическими характеристиками, а также сигнализа цией о приближении к опасным режимам и специальной авто матикой.
Конструкция должна отвечать требованиям эксплуатационной и ремонтной технологичности, под которыми понимают ее прис пособленность к выполнению всех предусмотренных видов тех нического обслуживания и ремонта с минимальными затратами рабочего времени. Сюда относятся удобство подхода к агрега там, применение унифицированных, стандартных взаимозаменяе мых узлов и агрегатов, а также использование модульных конст рукций, повышающих мобильность переоборудования летатель ного аппарата для выполнения различных боевых заданий. Кро ме того, должно обеспечиваться одновременно выполнение раз ных работ по подготовке аппарата к боевому вылету, повышение контролепригодности авиатехники, в частности, автоматизиро ванный контроль и др.
Производственно-технологические |
требования |
заключаются |
в обеспечении возможно меньших |
затрат труда, |
времени и |
средств на производство летательного аппарата и выполняются они применением прогрессивных технологических методов, вы бором рациональных материалов, использованием унифициро ванных и стандартных узлов и агрегатов и др.
5
К отдельным частям конструкции летательного аппарата, по мимо общих требований, предъявляются еще специальные тех нические требования, определяемые назначением этих частей. Основные из этих требований приводятся в соответствующих главах настоящего учебника.
Указанные требования в ряде случаев не противоречат друг другу, но более характерным является борьба противоречий, ко торая определяется тем фактом, что выполнение каждого из тре бований связано с дополнительной затратой веса. Увеличение же веса для летательного аппарата имеет особое значение. В противоречие вступают потребности и возможности (технические и экономические) их осуществления. Поэтому вопрос о степени важности того или иного требования для конкретного военного летательного аппарата или его части всегда оказывается в центре внимания как заказчика, так и промышленности. При де тальной проработке требований к аппарату используют весь име ющийся опыт создания и боевой эксплуатации аппарата подоб ного типа и новые исследования по решению ряда противоречи вых проблем. Эти требования реализуются в летательном аппа рате с помощью тех или иных технических решений и определя ют в конечном итоге его конструкцию. При этом широко ис пользуется метод оптимизации свойств и параметров проекти руемого аппарата в составе боевого авиационного комплекса по критериям боевой эффективности и стоимости. Однако при про ектировании практически всегда имеется «область свободы», ко торая допускает не одно конструктивное решение, чем и объяс няется в ряде случаев наличие разных конструкций летательных аппаратов с близкими характеристиками.
Как известно, летательные аппараты могут быть классифици рованы по принципу летания, по назначению, а также по кон структивным признакам.
В ВВС наиболее распространенным и сложным типом лета тельного аппарата является самолет. Поэтому в дисциплине ма териал дается главным образом на примере военных самолетов. По другим типам летательных аппаратов, в частности по верто летам, рассматриваются особенности конструкции, которые де тализируются на практических занятиях.
Порядок изложения материала принят в основном от просто го к сложному, от частного к общему (метод индукции), но там, где это нужно во взаимодействии с ним, используется и метод дедукции. Такой подход отражает диалектику процесса научно го познания.
Сначала излагаются основные положения по конструкции крыла, оперения, фюзеляжа, взлетно-посадочных устройств, принципам устройства и работы катапультных сидений, топлив ных и противопожарных систем. Затем разбираются общие во просы конструкции летательного аппарата как боевого оружия.
Должное внимание уделяется физической стороне работы кон струкции, важной для понимания условий ее нормального функ ционирования и причин появления отказов и неисправностей. Это необходимо для выработки мер по предупреждению и устране нию неисправностей и отказов, а также повышению надежности конструкции и безопасности полетов. Элементы планера, взлет но-посадочных и других устройств и систем рассматриваются в реальных условиях эксплуатации на земле и в воздухе. Анали зируются конструкции и работа крыла, оперения, фюзеляжа, шасси и других элементов под воздействием эксплуатационных нагрузок разных видов: повторных статических, динамических, тепловых и др. Разбираются типовые силовые схемы частей пла нера, на основе которых на практических занятиях анализируют ся конструкция и силовые схемы конкретных летательных ап паратов.
Принцип изучения конструкции частей планера и взлетно-по садочных устройств на базе работы их под нагрузкой зародился в 1937 году в академии, когда была образована кафедра конструк ции и прочности самолетов под руководством проф. С. Г. Козло ва. В дальнейшем этот принцип развивался и совершенствовался при активном участии коллектива кафедры и в настоящее время принят во всех инженерных и технических учебных заведениях, ВВС и все шире используется в гражданских средних и высших авиационных учебных заведениях, готовящих специалистов по эксплуатации авиационной техники.
На основе такого подхода военный инженер овладевает мето дами, необходимыми для решения насущных проблем эксплуата ции летательных аппаратов — грамотного, целенаправленного анализа состояния конструкции; ремонта боевых повреждений; оценки боевой живучести планера и безопасности полетов; прод ления ресурса аппарата; обеспечения проходимости самолета по грунту и др. Указанные вопросы отражаются при рассмотрении отдельных частей и агрегатов наряду с другими сторонами и свойствами конструкции.
Общие вопросы конструкции даются как при рассмотрении отдельных частей и систем летательного аппарата, так и в виде самостоятельных тем.
Взаимосвязь летных, тактических и технических свойств кон струкции летательного аппарата определяется уравнением суще ствования, объемными и стоимостными соотношениями. Показы вается применение этих соотношений при выборе рациональных технических решений и модифицировании авиационной техники. Дается понятие о методике определения тактико-технических требований (ТТТ) к военным летательным аппаратам путем оп тимизации свойств и параметров аппарата. Летательный аппа рат рассматривается при этом как составная часть боевого авиа ционного комплекса.
7
В заключительной главе перечисляются ТТТ к основным ти пам военных летательных аппаратов и рассматриваются типовые варианты конструкции истребителей, штурмовиков, бомбарди ровщиков (ракетоносцев), военно-транспортных самолетов и вертолетов.
Принцип изучения конструкции военного летательного аппа рата на основе научного комплексного подхода был заложен В. Ф. Болховитиновым. Он в 1945 году впервые предложил и использовал уравнение существования, а затем вместе со своими учениками на кафедре развил теорию боевой эффективности ле тательного аппарата и методов оптимизации его параметров по критериям эффективности и стоимости. В результате был выра ботан научный метод обоснования ТТТ к различным военным летательным аппаратам, сущность которого состоит в том, что бы аппарат обладал возможно большей боевой эффективностью при отведенной сумме средств на его проектирование, производ ство и эксплуатацию. Это обеспечивает военным инженерам ВВС возможность влиять на промышленность с целью повышения боевых качеств летательных аппаратов.
Таким образом, военно-эксплуатационная направленность дисциплины определяется как подбором изучаемых вопросов, так и характером и методикой их изложения.
Г л а в а I
НАГРУЗКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
ИИХ НОРМИРОВАНИЕ
§1.1. ВИДЫ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ. ПЕРЕГРУЗКИ
1.Летательный аппарат в делом, его отдельные части и аг регаты в процессе эксплуатации подвергаются воздействию раз нообразных нагрузок. Для одних частей конструкции и агрега тов наиболее опасными являются нагрузки, соответствующие различным случаям полета, для других — нагрузки при взлете или посадке.
Нагрузки различаются:
—по характеру воздействия (статические и динамические);
—по распределению (сосредоточенные, распределенные по
длине, поверхности и объему);
— по величине и направлению.
Все нагрузки (силы), действующие на аппарат или отдельные его части, можно разделить на две категории: поверхностные и массовые.
Поверхностные нагрузки приложены к поверхности аппарата и могут быть сосредоточенными и распределенными по поверх ности конструкции аппарата. К этой категории относятся аэро динамические силы, тяга двигателей, силы взаимодействия от дельных частей летательного аппарата, реакции земли при взле те и посадке.
Массовые нагрузки — силы веса и инерционные силы. Они пропорциональны массе и распределены по всему объему конст рукции.
Силы, действующие на агрегаты, расположенные внутри ап парата, делятся на те же категории, при этом поверхностными силами являются силы реакции, передающиеся на агрегат через его узлы крепления к конструкции летательного аппарата.
В общем случае в полете, а также при взлете и посадке ле тательный аппарат и его агрегаты под действием внешних сил не находятся в равновесии. По принципу Даламбера, если к внеш ним действующим силам добавить и силы инерции, то движущее-
»