книги из ГПНТБ / Динамика полета и конструкция крылатых летательных аппаратов

Можно пользоваться также приближенной формулой

где

(3.41)

но этк приближения являются довольно грубыми.

Приведенные выше передаточные функции определяют изме­ нение параметров полета в первые секунды переходного про­ цесса в диапазоне частот от 10 до 0,1 гц. Между тем для таких

380

параметров, как путевой угол или боковое отклонение, наиболее характерны медленные изменения в диапазоне частот от 0,1 гц до нуля. Поэтому для оценки изменения этих параметров за длительное время удобнее пользоваться передаточными функ­ циями, выведенными в предположении, что колебания в верх­ нем диапазоне частот отсутствуют и действуют только медленно меняющиеся входные воздействия. В этом случае, полагая угло­ вую скорость а)у равной нулю, можно записать уравнения боко­ вого движения в виде

то остальные уравнения можно переписать в следующем виде:

Ч Ч % а *

“у

381

3 8 2

Здесь знак „ ~ u показывает, что передаточные функции и коэффициенты относятся к случаю медленно меняющихся вход­ ных воздействий.

Как видно из полученных формул, при медленно меняю­ щихся входных воздействиях летательный аппарат в боковом движении ведет себя как интегрирующее звено.

§ 3.3. П Е Р Е Х О Д Н Ы Е П Р О Ц Е С С Ы В Б О К О В О М Д В И Ж Е Н

Переходные процессы в боковом движении отличаются слож­ ной взаимозависимостью движений крена и рыскания. Эта взаимо­ зависимость обусловливается тем, что изменение угла скольже­ ния р в общем случае приводит к одновременному изменению моментов М х и М у, вызывающих изменение углов крена у и ры­ скания ф, а изменение углов крена и рыскания, в. свою очередь, обычно приводит к изменению угла скольжения р. Кроме этого, взаимозависимость движений крена и рыскания обусловливается наличием центробежного момента инерции J Поэтому для подробного изучения переходных процессов в боковом движе­ нии необходимо использовать полную систему уравнений, по­ лученных из общих уравнений сил (1.46) второго раздела и урав­ нений моментов относительно связанных осей с учетом центро­ бежных моментов инерции.

Однако характер отмеченной взаимозависимости двух движе­ ний сильно зависит от аэродинамической компоновки летатель­ ного аппарата. Так, у летательных аппаратов с плоской аэроди­ намической симметрией (самолеты, крылатые ракеты) взаимо­ связь движений крена рыскания проявляется наиболее сильно. Слабее всего эта связь сказывается на боковом движений ле­ тательных аппаратов с осевой аэродинамической симметрией.

Пусть в результате действия бокового ветра или поворота относительно вертикальной оси угол скольжения самолета изме­ нился. на некоторую положительную величину др. Если компо­ новка самолета такова, что /п^ < 0 и m?v < 0, то при этом воз­

никнут отрицательные моменты Му и Мх. Под действием отри­ цательного момента Му самолет будет разворачиваться вправо, что вызовет уменьшение угла скольжения. Под действием отри­ цательного момента М х самолет будет крениться влево, что также вызовет уменьшение угла скольжения. Кроме того, при левом крене подъемная сила и сила веса .дадут равнодействую­ щую, направленную влево, что вызовет искривление траектории, также ведущее к уменьшению угла скольжения. Все это в ре­ зультате приводит к тому, что через некоторое время после на­ чала процесса приращение угла скольжения меняет знак, в ре­ зультате чего знаки моментов изменяются и весь процесс повто- 'ряется, но уже в противоположном направлении. Если движение устойчиво, процесс постепенно затухает.

383

Нетрудно видеть, что изменение знака производных т?у и т?х и должно привести к тому, что моменты, возникающие при

изменении угла скольжения на положительную величину, будут вызывать дальнейшее увеличение угла скольжения, что свиде­ тельствует о неустойчивости движения. Поэтому условия т?<.О

и т\ < 0 называют условиями боковой статической устойчивости.

Пусть, например, /л? < 0 и т? < 0, но, кроме того,

Рассмотрим в качестве возмущения изменение угла крена Af > 0. Возникающая в результате изменения угла" крена боевая равно­ действующая подъемной силы и силы веса приведет к искрив­ лению траектории и появлению скольжения вправо. Возникший вследствие этого момент М у будет разворачивать самолет вправо, а крен будет слабо выправляться из-за малости момента Мх . Самолет будет двигаться по спирали, все больше отклоняясь от первоначального положения. Такой характер движения соответ­ ствует так называемой спиральной неустойчивости в боковом движении.

Увеличение при тех же условиях абсолютной величины т\

аэродинамической симметрией не вызывает момента относительно продольной оси, и боковое движение сводится только к движению рыскания. Однако при вращении относительно продольной оси воз­ никает так называемый момент Магнуса, приводящий к изменению угла скольжения. Величина этого момента зависит от скорости вра­ щения относительно продольной оси.

У ракет с крестообразно расположенными крыльями и балли­ стических ракет с аэродинамическими стабилизаторами связь меж­ ду движениями крена и рыскания проявляется ь меньшей степени, чем у самолетов, но при подробном исследовании -ее следует учи­ тывать.

Управление боковым движением и его стабилизация являются основными задачами систем управления автоматически управляем мых летательных аппаратов. Характер переходных процессов при наличии системы управления зависит главным образом от характе­ ристик этой системы, а влияние характеристик самого летательного аппарата приобретает второстепенный характер. Тем не менее не­ обходимо представлять зависимость между основными показате­ лями качества переходных процессов, с одной стороны, и парамет­ рами режима и характеристиками летательного аппарата, с другой.

Как видно по передаточным функциям угла крена (3.17) и

384

Раздел четвертый КОНСТРУКЦИЯ КРЫЛАТЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

ВВЕДЕНИЕ

Период развития боевой авиации после второй мировой войны характерен вое большим и большим превращением крылатых лета­ тельных аппаратов (КЛА) из носителей оружия в непосредственно само оружие. Поэтому перед рассмотрением инженерно-техниче­ ских вопросов конструкций КЛА необходимо установить главные факторы, определяющие качество оружия.

Исходя из того, что - назначением оружия является подавление или уничтожение тех или иных целей, к главным факторам, опре­ деляющим качество оружия, следует отнести:

1) эффективность воздействия на цель, что обусловливается: ■— величиной разрушительной силы, определяемой запасом

энергии (кинетической, 'химической, атомной, термоядерной) бом­ бы, снаряда, мины, торпеды;

—точностью попадания в цель, зависящей, в частности, от спо­ соба наведения на цель и точного знания координат, цели и места запуска (стрельбы);

—внезапностью нанесения удара по противнику, определяемой скоростью движения оружия к цели;

2)дальность действия оружия, большая, чем у противника, что позволяет наносить удары по нему, не подвергаясь ответному воз­ действию;

3)универсальность оружия, под которой понимается возмож­ ность применения его широким кругом носителей (транспортных средств) против различных целей;

4)независимость применения от внешних условий, в частности от метеорологических;

5)надежность ((безотказность) и неуязвимость (живучесть);

6)экономичность, или стоимость изготовления и применения оружия.

Эти факторы необходимо иметь в виду как при проектировании крылатых летательных аппаратов, так и при их анализе, оценке, изучении.

ГЛАВА I

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КРЫЛАТЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТАМ, И ИХ

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПО НАЗНАЧЕНИЮ

ИКОНСТРУКТИВНЫМ ПРИЗНАКАМ

§1.1. ОБЩЕЕ НАЗНАЧЕНИЕ КРЫЛАТЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Крылатый летательный аппарат (КЛА) должен наилучшим об­ разом отвечать своему назначению, а для этого необходимо, чтобы его конструкция удовлетворяла ряду требований, вытекающих из назначения аппарата.

В военном деле КЛА используются: для 'выполнения различных боевых операций, для воздушной разведки и как транспортные средства. Выполнение всех этих задач, будь то разводка, бомбоме­ тание, десантные операции и даже воздушный бой, связано с транс­ портировкой по воздуху людей, грузов, аппаратуры, вооружения, боеприпасов. Таким образом, в самом общем виде КЛА можно рас­ сматривать как средство транспорта, а, исходя из этого назначения, установить и общие требования, предъявляемые к КЛА всех типов.

§1.2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КРЫЛАТЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТАМ ВСЕХ ТИПОВ (САМОЛЕТАМ

ИБЕСПИЛОТНЫМ КРЫЛАТЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТАМ),

ИМЕРОПРИЯТИЯ ПО ИХ УДОВЛЕТВОРЕНИЮ

Кобщим требованиям относятся:

1. Б е з о п а с н о с т ь п о л е т а . Для обеспечения безопасно­ сти полета необходимы:

—достаточная прочность и жесткость конструкции и отсутствие самовозбуждающихся колебаний ее частей;

—должная степень устойчивости и управляемости при движе­ нии летательного аппарата как в воздухе, так и по земле (воде);

—возможно 'большая неуязвимость и живучесть конструкции,

что приводит к бронированию жизненно важных частей летатель­ ного аппарата, протектированию топливных баков, осуществлению противопожарных мероприятий, дублированию органов управления

и т. д.; ■— возможно лучший обзор из кабин экипажа, как визуальный

так и с помощью приборов, в частности радиолокационных (во из­ бежание столкновений и для предупреждения внезапных нападений противника при проведении боевых, операций);'

— возможно меньшие взлетно-посадочные скорости, ибо живая сила удара,’ в случае встречи препятствия, пропорциональна квад­ рату скорости движения; : ■— возможность быстрого аварийного покидания самолета как

в воздухе '(катапультируемые сидения), так и на земле (аварийные люки), например при пожаре самолета, при вынужденной.посадке

388

сухопутного самолета на водуили .на землю с убранным .шасси и т. д.

Кроме указанных условий безопасности полета, желательно, йтобы при авариях кабины экипажа, и пассажиров самолетов разруша­ лись бы в последнюю очередь, так как .при этом разрушение сосед­ них частей самолетов амортизирует силу ударов, доходящих до ка­ бин. Далее для уменьшения опасности полетов желательно обору­

Безотказность полетов достигается главным образом оборудова­ нием самолета радионавигационной, радиосвязной и радиолокаци­ онной аппаратурой, автопилотами, аппаратурой слепой и автомати­ ческой посадки, противообледенительиыми устройствами,' осущест­ влением герметических'кабин, снабженных системой кондициониро­ вания воздуха. Для безотказности полетов необходимо; кроме того, обеспечение хорошей проходимости летательных аппаратов по зем­ ле и в период распутицы и, само собой разумеется, безотказной ра­ боты всех двигателей, механизмов и аппаратуры, а также обеспече­ ние возможности контроля их работы и состояния.

3. Э к о н о м и ч н о с т ь . - Для повышения экономичности необ­ ходимо, чтобы КЛА доставлял возможно больший груз с возможно большей скоростью на наибольшее расстояние с наименьшей затра­ той мощности двигателей и труда людей. При этом желательны вы­ сокая скороподъемность, маневренность и большой потолок.

Для достижения этого необходимо осуществление КЛА с.наи­ меньшим аэродинамическим сопротивлением, с большей несущей способностью крыльев, с возможно меньшим весом конструкции при заданной прочности и жесткости и требуемом внутреннем объе­ ме крылатого аппарата.

Экономичность КЛА существенным образом может быть повы­ шена за счет улучшения удельных показателей двигателей (удель­ ного веса двигателя, удельного расхода топлива и удельной тяги,

приводит, к большей экономичности его эксплуатации.

Повышение технологичности конструкции частей КЛА Дости­ гается изготовлением их' современными машинными способами — штамповкой, прокатом, прессованием, литьем, машинной клепкой,- сваркой и другими высокопроизводительными методами, снижаю­ щими затраты труда,.материалов и времени при изготовлении де­ талей летательного аппарата и его оборке. Этого . же результата можно достигнуть путем широкого применения стандартов, -норма­ лей, однотипностью деталей, простотой их формы. и уменьшением

389

I V :