тельного аппарата. Кроме тактическо-боевых вопросов, при общей компоновке летательных аппаратов приходится учитывать основные положения аэродинамической и весовой компоновки, а также ком поновку его прочностно-силовой схемы, технологичность конструк ции н принимаются во внимание требования, связанные с типом системы управления и наведения на цель. Наконец, при общей компоновке учитываются монтаж:, демонтаж, текущий осмотр и транспортировка летательных аппаратов (в разобранном виде) различными видами транспорта, заправка их топливом, окислите лем и т. п., загрузка боеприпасами и другими грузами.
Исключительное обилие факторов, влияющих па общую компо новку, приводит к многозначности решений этой сложной пробле мы, но все же можно установить некоторые принципиальные поло
жения, общие для всех летательных ia ппирятов. |
Эти положения сле |
дующие. |
|
|
|
|
А э р о д и н а м и ч е с к а я к о м п о н о в к а |
всех типов лета |
тельных аппаратов |
имеет |
целью получение |
наибольшей несущей |
(или управляющей) |
силы |
и минимального |
аэродинамического со |
противления при заданной устойчивости, управляемости, прочности и жесткости. Необходимые для этого мероприятия рассмотрены в соответствующих частях и главах книги.
В е с о в а я к о м п о н о в к а . В большинстве случаев у лета тельных аппаратов размещение их агрегатов, частей, топлива, гру зов осуществляется так, что центр тяжести летательного аппарата находится впереди его аэродинамического фокуса. При этом сбра сывание грузов или их израсходование не должно существенно из менять положение центра тяжести всего аппарата. Следовательно, центр тяжести расходуемых в-полете грузов по возможности дол жен совпадать с центром тяжести всего аппарата. Это диктуется со ображениями устойчивости и управляемости и связанными с ними точностью стрельбы, бомбометания и наведения на цель.
К о н с т р у к т и в н о - с и л о в а я к о м п о н о в к а заклю чается: в таком взаимном размещении силовых элементов частей ле тательного аппарата, при котором передача усилий с одного сило вого элемента на другой происходила бы без дополнительных изги бающих или скручивающих моментов, что имеет место, когда на правление действия сосредоточенной силы проходит через центр тя жести узла. Следовательно, стыковка силовых элементов между со бой по возможности должна осуществляться без эксцентриситета. Например, в местах присоединения к фюзеляжу носового шасси, крыльев, хвостового оперения.и т. д. должны быть установлены уси ленные шпангоуты, являющиеся как бы продолжением силовых элементов присоединяемых частей (фиг. 7.5, а).
Эти мероприятия необходимы для получения минимального веса конструкции.
Т е х н о л о г и ч е с к и е и э к с п л у а т а ц и о н н ы е р а з ъ е м ы осуществляют таким образом,-чтобы трудоемкость отдельных
Частей была примерно одинакова и был бы обеспечен удобный под ход с инструментом при монтажно-оборонных работах. Эксплуата ционные разъемы осуществляют так, чтобы отдельные части лета тельных аппаратов могли быть перевозимы по железным дорогам и другими'видами транспорта. Это требование является обязатель ным для беспилотных летательных аппаратов одноразового дейст вия и пилотируемых истребителей и весьма желательным для мно гомоторных самолетов.
Р а з м е щ е н и е д в и г а т е л е й производится таким образом, чтобы их выхлопные газы и пламя не попадали на какие-либо части летательных аппаратов, а воздухозаборники не затенялись находя-i щимися впереди' частями. ' '
Поэтому маршевые пороховые двигатели (РДТТ) и жидкостнореактивные двигатели (Ж РД ), как правило, размещаются в задней, части корпуса (фиг. 7.2,д, е и ж ).
Воздушно-реактивные двигатели ТРД и ПВРД размещают как в корпусе (фюзеляже) с носовыми, боковыми или нижними воз-; духозаборниками и реактивными соплами в конце корпуса, так и снаружи фюзеляжа под крыльями и на их концах (фиг. 7.2, а и в,
7.3, а).
Очевидно, что наружное размещение двигателей упрощает их монтаж, демошаж, осмотр и снабжение их воздухом, но приводит
кбольшему аэродинамическому сопротивлению.
■Сбрасываемые ускорители всегда размещаются снаружи.
Тандемное размещение ускорителей многоступенчатых ракет вы годно с точки зрения аэродинамики и вопросов балансировки, но приводит к большой стартовой длине ракеты (фиг. 7.3, б).
Размещение ускорителей вокруг корпуса (фиг. 7.3, в и г) при-; водит к увеличению лобовой 'площади снаряда при старте, но зато существенным образом уменьшает стартовую длину УРС. Для об легчения балансировки во время старта направление сил тяг уско
рителей должно проходить через общий центр |
тяжести ракеты С; |
ускорителями. |
• |
Ускорители взлета самолетов размещают либо сбоку фюзеляжа, либо под ним (фиг. 7.2,е). При этом вертикальная составляющая; тяги ускорителя может компенсировать вес летательного аппарата.' В этом случае осуществим точечный старт с последующим разгоном уже в воздухе.
Т а к т и ч е с к о - б о е в а я к о м п о н о в к а или размещение боевой части УРС подчиняется требованиям наибольшей эффектив- -ности поражения цели заданного типа.
Боевая часть бронебойного и кумулятивного действия, предна значенная для поражения танков и других бронированных объек тов, размещается только в передней части снаряда.
Боевая часть УРС для поражения живой силы размещается сзади. Боевая часть УРС, предназначенных для поражения воздуш ных целей, может быть размещена в любом месте.
К о м п о н о в к а э л е м е н т о в с и с т е м ы н а в е д е н и я й: у п р а в л е н и я . Координаторы ОНАРС размещают только впереди, что и отражается названием «самонаводящаяся головка».
Антенны телеуправляемых снарядов и приемная аппаратура — только сзади, что диктует даже размещение боевой части.
Рулевые машинки и силовые приводы с источниками энергий выгодно размещать возможно ближе к рулям.
Кроме того, необходимо отметить, что при компоновке УРС еле* дует учитывать также вопросы удобства и быстроты сборки, осмот ра, заправки топливом (и окислителем), установки боевого заряда и проверки действия механизмов. Эти операции осуществляются, как правило, непосредственно перед боевым стартом. .
§7.4. КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВЫЕ СХЕМЫ КОРПУСОВ (ФЮЗЕЛЯЖЕЙ)
ИИХ РАБОТА НА ПРОЧНОСТЬ
Корпус, или фюзеляж, современных крылатых летательных аппаратов в большинстве случаев представляет собой балку с жесткой обшивкой, работающей на нормальные и касательные
напряжения от поперечного изгиба и кручения. В полете фюзе ляж опирается на крыло, а на земле — на шасси. С точки зре ния работы на прочность различают хвостовую часть фюзеляжа, до заднего лонжерона крыла, носовую —до шпангоута, к кото рому крепится передний лонжерон (или передняя стенка кессона крыла), и среднюю часть — между передним и задним лонже ронами крыльев. Хвостовая часть фюзеляжа главным образом нагружается в полете аэродинамическими силами, действующими на хвостовое оперение, и изгибается в вертикальной плоскости симметрии от нагрузки на горизонтальное оперение (Ys.0), а на грузка на вертикальное оперение ( Y e.0) изгибает фюзеляж в го
ризонтальной плоскости и скручивает его |
моментом, равным |
М кр= Ye.oh (фиг. 7.4). Кроме того, хвостовая |
часть загружается |
силами веса и инерционными силами как самой хвостовой части, так и агрегатов и грузов, в ней размещенных.
Носовая часть фюзеляжа в полете нагружается главным обра зом силами веса Gu G2, . . . и инерционными силами, действую щими как в вертикальной, так и горизонтальных плоскостях, вызы вая соответствующие поперечные изгибы корпуса, как консольной балки, заделанной своим концом в крыло. Средняя часть фюзеляжа находится под воздействием нагрузок, передающихся от носовой и хвостовой частей фюзеляжа, >а также и от крыла.
Кроме того, на фюзеляж могут действовать нагрузки от шасси самолета при его взлете и посадке, от сил отдачи при стрельбе из пушек, от сил тяги двигателя и его крутящего момента и другие силы.
Все многочисленные возможные случаи нагружения фюзеляжей рассматриваются и регламентируются соответствующими нормами прочности.
Наиболее распространенной конструкцией корпусов летатель ных аппаратов является полумонококовая конструкция. Она со стоит из-жесткой обшивки, подкрепленной каркасом из поперечных
силовых элементов — нормальных и усиленных шпангоутов |
и про |
дольных ’-силовых элементов — стрингеров, лонжеронов, |
бимсов |
(фиг. 7.5, а) . Лонжероны, |
стрингеры и бимсы воспринимают вместе |
с обшивкой нормальные |
напряжения поперечного изгиба. |
Набор |
шпангоутов и стрингеров подкрепляет обшивку, повышая критиче ские напряжения обшивки при потере устойчивости ее сжатых эле-
- ментов.
Для этих же целей применяют двойные тонкостенные конструк ции -с внутренним сотовым заполнителем из металлической фольги (см. фиг. 4.10). В последнем случае стрингерный набор отсутствует и каркас состоит только из нормальных и усиленных шпангоутов и
. местных усилений — окантовок в местах вырезов обшивки. Подоб ная конструкция получила название мо-ноконовой (односкорлупной). Она технологичнее полумон-ококовой и потому получила ши рокое распространение у аппаратов разового назначения. Моноко- ковы-е конструкции осуществляют и при -одинарной, но достаточно толстой - обшивке или обшивке, у которой стрингерный набор вы полнен заодно целое с обшивкой, как это изображено та фиг. 7.5, б. Нормальные шпангоуты служат для придания формы корпусу' и подкрепляют обшивку от потери устойчивости. Усиленные шпангоу-
ты служат для восприятия сосредоточенных сил и ставятся в местах эксплуатационных разъемов и местах присоединения остальных ча
стей аппарата |
(крыльев, оперения, двигателей, ускорителей, шасси |
и т .д .). |
■ |
обшивки и каркаса ■— дюраль, магниевые сплавы, а |
Материал |
для сильнонагруженных деталей или подверженных значительному нагреву — сталь. Способы соединения: клепка, сварка, склейка и болтовое крепление.
ГЛАВА VIII
СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ КРЫЛАТЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Назначение силовой установки — создание тяги, |
необходимой |
для полета на заданных скоростях и высотах. |
входят: дви |
В общем случае в силовую установку (самолетов) |
гатели с их креплениями и капотами; топливная система и маслосистема; системы запуска, всасывания, выхлопа, охлаждения; уп равление и приборы контроля работы двигателя; противопожарное оборудование. В ряде случаев силовые установки имеют воздушные винты с их управлением и устройства, реверсирующие тягу реактив ных двигателей.
Разумеется, не все силовые установки имеют все перечисленные устройства. Например, силовая установка СНАРС состоит только из порохового двигателя с реактивным соплом и системы его за пуска. , . 1 .
§ 8.1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИЛОВЫМ УСТАНОВКАМ
Кроме обычных общих требований (аэродинамических, проч ностных, весовых, технологических, технического обслуживания и ремонта)', к силовым установкам дополнительно предъявляются следующие требования:
—безотказный запуск в любую погоду и на любой высоте;
—надежная и безотказная работа двигателя на всех режимах полета (например, обеспечение подачи топлива в перевернутом по лете или при отрицательных перегрузках и т. д .);
—желательна неизменность тяги двигателя с изменением на ружных условий (с изменением температуры и давления воздуха и.т. д.);
—возможно большая приемистость, т. е. быстрота изменения
тяги (числа оборотов двигателя);
—должна быть предусмотрена компенсация тепловых расши рении корпуса двигателя и удлинительных труб, особенно при их установках внутри фюзеляжей или крыльев;
—вибрации двигателей и винтов не должны передаваться на корпус самолета, а поглощаться в узлах крепления двигательных установок;
—при работе двигателей не должно быть дыма и пламени (тре бование важно для пороховых ракетных двигателей);
— не допускать незакономерных изменений тяги по величине и направлению, приводящих к дестабилизации движения летатель ных аппаратов;
—для двигателей реактивных снарядов весьма важна простота их конструкции и технологии ввиду одноразовости действия УРС;
—к силовым установкам предъявляется требование получения наибольшей свободной тяги (или мощности).
§ 8.2. ПОНЯТИЕ СВОБОДНОЙ ТЯГИ (ИЛИ МОЩНОСТИ) СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ
Под свободной тягой (мощностью) подразумевают разность. между номинальной тягой (мощностью) двигателя и той тягой, ко торую двигатель-в полете затрачивает на самого себя. К таким за тратам относятся: часть тяги двигателя, затрачиваемая на преодо ление аэродинамического сопротивления самого двигателя (или его гондолы), находящегося в потоке воздуха; затраты тяги (мощно сти) на охлаждение двигателя или его радиатора; часть тяги, за трачиваемой на провоз веса двигателя, топлива, окислителя, масла. При наличии воздушных винтов от 10 до 20% мощности на валу двигателя затрачивается на трансформацию крутящего момента двигателя в тягу винтов.
Мощность двигателей, затрачиваемая в полете на самих себя, весьма значительна. Например, у истребителей конца второй мировой войны двигатель затрачивал на самого себя до 75% номинальной мощности и только 25% шло на провоз веса лет чика, вооружения и специального оборудования. Из этого видно, что большое значение имеет увеличение свободной мощности (тяги) силовых установок в деле повышения летно-боевых свойств самолетов, что подтверждается теорией и практикой самолетостроения. Действительно, как это видно из нижепри.- веденных формул, величина главнейших показателей летно-бое вых свойств самолетов — максимальной скорости Vmax, грузо подъемности Gmax (или потолок и скороподъемность), а также маневренности км, при прочих равных условиях, пропорциональ на мощности двигателей N.
2
|
|
|
3 |
|
|
G,max |
|
|
|
G |
|
|
k* |
N |
|
|
|
P0 |
где N — мощность двигателя/в л. с., |
т) — коэффициент полезного действия винта, |
— коэффициент, |
зависящий от параметров самолета. |
П р и м е ч а н и е . |
Чем меньше величина коэффициента маневренно |
сти |
kM, тем маневреннее самолет. |
Таким |
образом, |
увеличение мощности силовых установок КЛА |
(вернее, |
свободной |
мощности) при прочих неизменных парамет |
рах позволяет одновременно увеличить максимальную скорость, скороподъемность, потолок, маневренность (при неизменном весе G, размахе /, площади S, схсаи). Однако при этом снизятся экономичность летательного аппарата и время его полета.
Очевидно, что свободная мощность (или тяга двигателя) будет тем больше, чем меньше его размеры, удельный вес и удельный расход топлива. При этом, если от КЛА требуется большая даль ность н продолжительность полета, то двигатели с малым удель ным расходом топлива, ко более тяжелые, будут обладать большей свободной тягой (мощностью), чем двигатели легкие, но с большим удельным расходом топлива. Последние же выгодны для достиже ния возможно большего потолка при малом времени полета. У ско ростных аппаратов возможно меньший мидель двигателя играет ре шающую роль в получении наибольшей свободной тяги (мощно
сти) .
Таким образом, при различных условиях полета выгодными бу дут различные типы двигателей с различными удельными показате лями, прогресс в которых существенным образом сказывается на улучшении летно-боевых свойств КЛА.
Переход от поршневых двигателей к турбореактивным и турбо винтовым позволил существенным образом увеличить свободные тяги и свободную мощность силовых установок, что соответствен ным образом сказалось на летно-технических данных самолетов.
Удельный вес новейших турбовинтовых двигателей примерно вдвое меньше, чем у лучших поршневых, и составляет порядка 0,2 кг/л. с.; удельная мощность примерно в 3—4 раза больше и до стигает 100—120 л. с./дм2 .(на единицу площади миделя), вместо прежних 22—27 л. с./дм2, а удельный расход топлива у лучших ТВД снижен до 160—200 г/л.с. час вместо 300—400 г!л. с. час у прежних поршневых двигателей.
В настоящее время в авиации и ракетной технике применяются различные типы двигателей: поршневые, турбовинтовые, турборе активные, прямоточные, жидкостные двигатели и двигатели твер дого топлива, характеристики которых приведены во втором раз деле.
На фиг. 8.1 приведены ориентировочные области применения различных типов двигателей.
И[ХМ_1
В заключение необходимо отметить, что уже имеется возмож ность осуществления двигателей, работающих на новых искусствен ных химических топливах с повышенной теплотворной способ ностью, и двигателей, использующих энергию распада атомов, что решит одну из основных проблем космических полетов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Весь предшествующий период развития авиации характерен не прерывным увеличением скоростей, дальностей и высот полетов ле тательных .аппаратов.
Только в начальный период развития авиации основной задачей конструкторов и изобретателей являлось решение проблемы прео доления силы притяжения земли, для чего необходимо было создать возможно более легкий двигатель и летательный аппарат малого веса и с большой несущей способностью. Впервые в мире постройка и летные испытания самолета были осуществлены в нашей стране в 80-х годах прошлого столетия, когда А. Ф. Можайским был по строен! самолет с паровыми двигателями и проведены его летные испытания.
К сожалению, смерть Александра Федоровича Можайского не позволила довести до конца его работу.
