5.9 Компоновка и расчёт основных параметров оперения

N

n/n

Наименование характеристик

Прототипы

Проектируемый самолета

Б-737-200

Б-727

ТУ-154М

I

II

III

IV

V

VI

1

Страна изготовитель

США

США

СССР

Turkey

2

Макс. Плeтная нагрузка, кг

19000

17400

18000

-

3

Экипаж, чел.

2

3

4

4

4

Пассажирских Мест

130

189

164

164

5

Нагрузка на крыло,

586

631

555

-

6

Среднее крейсерское качество

-

-

-

-

7

Дальность полета с Gк мах, км

3100

2780

3500

3100

8

Диапозон крейсерских высот, км

9,5-11

9,5-11

9,5-11

10,5-11,5

9

Vkp. Мах/н, км/ч, / км

950

982

880

940

10

Vкр.экон / н, км/ч /км

850

883

850

890

11

Тяговооруженность, кН/кг

0,00285

0,0022

0,003

0,00315

12

Энерговооруженность, кВт/кг

-

-

-

-

13

Производительность, кг.км/ч

-

14

Удельный расход топлива, г/т.км

-

ДАННЫЕ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

15

Кол- во и тип двигателей

2 ТРДД

3 ТРДД

3 ТРДД

3 ТРДД

16

Взлетная тяга, кН

119,23

70,3

110

85,86

17

Взлетная мощность, кВт

-

-

-

-

18

Крейсерская тяга, кН

30,2

21

27,5

-

19

Уд. Расход топл.взл.,кг/Кн.ч

-

65,8

58

-

20

Уд.расход топл.крс.,кг/кН.ч

-

85

65

-

21

Степень повышентя давления

30

18

19

30

22

Степень двухконтурности

5

1,05

2,4

5

ВЗЛЕТНО- ПОСАДОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

23

Класс аэродрома базирования

С

В

C

C

24

Скорость захода на посадку, км/ч

244

244

265

255,06

25

Посадочная скорость, км/ч

230

220

230

240,06

26

Скорость отрыва, км/ч

250

250

270

270,95

27

Длина разбега, м

1200

1200

1200

1303

28

Длина пробега, м

1000

1000

1000

798

29

Дистанция взлетная, м

2682

3033

2080

2180,9

30

Дистанция посадочная, м

1420

1494

2300

1317

ДАННЫЕ МАСС САМОЛЕТА

31

Взленая масса, кг

142000

95000

52390

90734

32

Посадочная масса, кг

130000

72575

46720

77938

33

Отн. Масса пуст. Самолета,%

35,5

47,52

46,83

-

34

Отн. Масса топлива,%

7

31,2

22,4

21

35

Отн. масса платной нагрузки. %

39,5

18,31

17,5

-

36

Отн. масса СУ.%

-

1,59

11,03

-

ОСНОВНЫЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

37

Размаз крыла.м

44,84

32,92

28,35

37,31

38

Стреловидности по ј хорд

-

32

35

32

39

Средняя геометр. Хорда, м

-

5,7

4,6

-

40

Удлинение крыла

8,56

7,2

8,99

7,83

41

Сужение крыла

2,86

2,91

2,94

3,49

42

Длина фюзеляжа, м

52,03

41,51

30,48

56,5

43

Диаметр фюзеляжа, м

5,64

4

3,88

3,8

44

Удлинение фюзеляжа

9,23

10,38

7,61

11,15

45

Длина пасс. Кабины, м

39,02

28,25

20,88

21,516

46

Ширина пасс. Кабины, м

5,35

3,56

3,52

3,57

47

Высота кабины, м

2,54

2,11

2,18

2

48

Обьем кабины, м

480

188,3

131,3

1762,5

49

Объем багажи.помещений, м

140

43,1

24,76

214,057

50

Шаг кресси, м

0,762

0,762

0,762

-

51

Ширина прохода, м

0,48

0,46

0,45

52

Размах ГО, м

16,94

10,9

10,97

12,68

53

Стреловидность ГО по ј хорд

-

35

35

37,5

54

Относит. Площадь ГО

0,296

0,232

0,322

0,34

55

Удлинение ГО

4,1

3,4

4,18

4

56

Сужение ГО

2,33

2,67

2,75

2

57

Относит.площадь РВ

0,07

0,253

-

0,35

58

Высота ВО, м

8,0

5,1

6,3

5,96

59

Стреловидность ВО по ј хорд

-

55

45

45

60

Относит. Площадь ВО

0,181

0,219

0,233

0,12

61

Удлинение ВО

-

0,79

-

1,2

62

Сужение ВО

-

-

1,3

63

Относит.площадь РН

0,049

0,185

-

0,4

64

База шасси, м

18,6

19,28

11,4

16,95

65

Колся шасси, м

9,6

5,72

5,26

11,865

Авиапромышленность занимает лидирующее место в мировом промышленном производстве гражданской авиации. Доказательством этому служит статистика, по предварительным данным примерно 1/3 от мирового парка реактивных самолетов составляют советские и российские самолеты. Гражданская авиация является важным видом транспорта, от чего в малой степени зависит развитие экономики и социальной сферы современного государства: - обеспечение пассажироперевозок; - обеспечение транспортных и других потребностей народного хозяйства; - поддержка парка гражданской авиации на современном уровне с учетом использования новейших достижений авиационной науки, техники и материаловедения; - развитие участия отечественной авиапромышленности на мировом рынке. В большинстве стран мира авиаперевозки растут высокими темпами - от 4 до 8 % в год и более. В силу сложного экономического положения многих стран СНГ в настоящее время прогноз авиаперевозок на период до 2005 года крайне затруднен. Однако в условиях рыночной экономики существует ряд факторов, которые приведут к росту объема перевозок после их сокращения в переходный период: - стабилизация экономики и рост национального дохода; - увеличение процента поездок с деловыми целями; - увеличение подвижности населения; - повышение качества предоставляемых услуг потребителям в результате конкуренции; Для авиации характерна сменяемость парка. По имеющимся прогнозам, за счет выработки ресурса к 2005 году в России 1145 самолетов из эксплуатируемых в 1996 году. Рост стоимости топлива, экологические проблемы требуют решения задачи создания нового поколения авиационной техники, не уступающей по техническому совершенству лучшим зарубежным аналогам. Особенно интересные работы по созданию таких самолетов ведутся за рубежом, где сразу несколько авиастроительных фирм работают над созданием и внедрением в эксплуатацию пассажирских самолетов. Целью предварительных изысканий является подготовка исходного материала, в котором должны быть отражены: - задачи для решения, которых предназначены самолеты данного типа; - существующие отечественные и зарубежные самолеты данного типа; - наиболее близкие по своим ЛТХ к проектируемому, которые в дальнейшем будут рассматриваться как самолеты-прототипы; характеристики самолетов-прототипов, по которым будут определены вероятные статистические значения характеристик проектируемого самолета. Предварительные исследования показывают, что сейчас выявилась потребность в пассажирских самолетах на 15…19, 20…40, 41…60 мест. На дальность около 1000 км перевозится до 80% всех пассажиров. Новые самолеты должны обладать высокой экономичностью, иметь достаточно большие крейсерские скорости, высокую степень комфорта. При разработке новых самолетов используются последние достижения в области аэродинамики, конструкционных материалов, технологии, силовых установок, электроники и т.д. При разработке компоновки пассажирских салонов и грузовых помещений самолета, помимо других, решались две основные задачи: - предоставление пассажирам самолетов местных и средних воздушных линий уровня комфорта , сравнимого с комфортом, представляемым на магистральных пассажирских самолетах; - обеспечение возможности автономной эксплуатации самолета на необорудованных аэродромах за счет использования принципа ״багаж при себе״ с одновременной возможностью использования в оборудованных аэропортах стационарных наземных средств для погрузки-выгрузки пассажиров, багажа и грузов. Самолеты нового поколения будут иметь более высокую стоимость, но и более высокие летно-технические характеристики, эксплуатационные характеристики, топливную эффективность и т.д. Эти положительные факторы должны компенсировать затраты на их проектирование и производство. Новые самолеты должны быть способными совершать более крутой набор высоты и снижаться по крутым глиссадам, совершать несколько промежуточных посадок без дозаправки топливом, быть рассчитаны на эксплуатацию, как с бетонных, так и с грунтовых аэродромов, что особенно важно для районов, не имеющих аэродромов с ВПП высокого класса, или имеющих недостаточное количество таких аэродромов. К пассажирским самолетам местных авиалиний предъявляют следующие требования: - высокая топливная экономичность; - малое время наземного обслуживания; - операции с багажом должны происходить за несколько минут; - малое время посадки и высадки пассажиров; - быстрая заправка топливом; - высокий уровень комфорта; - низкий уровень шума и вибраций; - большая гибкость в эксплуатации;

При проектировании самолета должны быть выполнены следующие требования: - соответствие сертификационному базису, разработанному на основе действующих требований НЛГС-3 и АП-23; - соответствие ГОСТам, ОСТам, межведомственным и отраслевым нормалям; - полная безопасность полета; - возможность полета при любых метеоусловиях; - максимальный комфорт пассажирам; - уровень шума создаваемого самолетом на местности, должен соответствовать требованиям международных стандартов. Конструкция самолета должна обеспечивать безопасность в следующих случаях: 1. Посадка с убранными шасси; 2. Посадка с боковым ветром; 3. Разрушение шасси при посадке; 4. «трех точечная» посадка; 5. При посадке «на брюхо» должна быть исключена возможность заклинивания аварийных выходов; 6. Полет и посадка самолета должны быть обеспечены при отказе одного из двигателей. Кроме того, проектируемый самолет должен эффективно эксплуатироваться: - в любое время суток; - с аэродромов всех классов, в том числе и грунтовых ВПП; - как в жарком, влажном климате (Азия, Ближний Восток), так и в северных областях.

2. ВЫБОР СХЕМЫ САМОЛЕТА И ТИПА ДВИГАТЕЛЯ. Под схемой самолета понимают взаимное расположение агрегатов самолета. При ее выборе необходимо руководствоваться следующими критериями: - аэродинамической компоновкой; - эксплуатационными и техническими особенностями проектируемого самолета; - типом и размещением силовой установки; - технологическими условиями производства; Аэродинамическая компоновка в основном определяется аэродинамической схемой самолета, которая характеризуется взаимным расположением несущих поверхностей. В системе несущих поверхностей имеются главные поверхности (крылья), создающие основную долю аэродинамической подъемной силы, и вспомогательные поверхности (горизонтальное и вертикальное оперение), предназначены для стабилизации самолета и управления полетом. В зависимости от расположения вспомогательных поверхностей относительно крыльев различают следующие схемы: - «Нормальную» схему или «классическую», если г.о. располагается позади крыла; - Схема «утка» если г.о. располагается впереди крыла; - «бесхвостку» или «летающее крыло» если аэродинамическая схема состоит из одной несущей поверхности; Самолеты схемы «бесхвостка» и схемы «утка» при взлете и посадке вынуждены выходить на большие углы атаки (из-за относительно небольших ΔСумех.- особенно у схемы «бесхвостка»). Это делает конструктивно невозможным (или затруднительным) использование крыльев большого удлинения. Крылья же малого удлинения имеют малое аэродинамическое качество на дозвуковых режимах полета. Поскольку проектируемый самолет дозвуковой, наиболее целесообразна «нормальная» схема, так как дает возможность эффективно использовать крыло большого удлинения. В зависимости от взаимного расположения крыла и фюзеляжа различают три схемы: - высокоплан; - среднеплан; - низкоплан; Наименьшим сопротивлением интерференции обладают среднеплан и высокоплан. Среднеплан для пассажирских самолетов не применяется, так как центроплан, проходя в середине фюзеляжа, мешает созданию единой пассажирской кабины. Схема низкоплан. Преимущества - возможность размещения шасси на крыле; - в случае аварийной посадки на сушу, грузовая кабина защищена центропланом крыла; - в случае аварийной посадки на воду кессон крыла служит поплавком, обеспечивая плавучесть и удобство покидания самолета экипажем и пассажирами; - легкость маневрирования при одностороннем торможении колес, а также обеспечение устойчивости и управляемости при рулении за счет большей колеи колес шасси; Недостатки: - наибольшее сопротивление интерференции крыла и фюзеляжа; - применение более сложных погрузочно-разгрузочных устройств; - трудности в размещении под крылом ТРД и на крыле ТВД и необходимость в связи с этим делать у крыла положительное «поперечное V», требующее введения автоматики в управление по курсу и крену; Схема высокоплан. Преимущества: - сравнительно низкое сопротивление интерференции крыла и фюзеляжа; - малая высота от низа фюзеляжа до поверхности земли; - свободное маневрирование обслуживающего персонала на земле под крылом; - хорошее размещение двигателей на крыле и под крылом; - минимальная вероятность пожара при аварийной посадке на землю в случае размещения топлива в крыльевых баках; Недостатки: - шасси приходится размещать не на крыле, иначе при размещение на крыле опоры шасси получаются высокими и массивными; - в случае аварийной посадке на воду фюзеляж погружается в воду, что затрудняет покидание самолета пассажирами и экипажем; - рост аэродинамического сопротивления за счет наличия крупногабаритных обтекателей основных опор шасси; Схема высокоплан наиболее приемлема для пассажирских самолетов с ТВД, расположенными на крыле, так как не надо делать у крыла положительное «поперечное V», требующее на современных самолетах ведения автоматики в управлении по курсу и крену. Тип двигателей и их размещение на самолете. Для дозвукового самолета с крейсерской скоростью Vкр=550 км/ч наиболее приемлемым является применение турбовинтовых двигателей с их низким удельным расходом топлива. Малая окружная скорость вращения винтов обеспечивает уменьшение уровня шума. Из существующих типов ТВД, производящихся в России, наиболее приемлема схема размещения двигателей под крылом с выносом вперед. Преимущества: - двигатели разгружают крыло; - двигатели являются противофлаттерными балансирами; - удобство осмотра и обслуживания двигателей; - обдув крыла двигателем, что улучшает взлетно-посадочные характеристики; Недостатки: - большой разворачивающий момент при отказе одного двигателя; - большой крутящий момент крыла; По типу фюзеляжа проектируемый самолет является однофюзеляжным. Круглая форма поперечного сечения фюзеляжа представляется наивыгоднейшей, как обеспечивающая минимальный периметр для постоянной площади сечения или минимальную площадь поверхности фюзеляжа при постоянном его объеме и, как следствие этого, наименьшее сопротивление трения. Круглая форма предпочтительна также для герметизированных частей фюзеляжа, нагруженных избыточным давлением, так как исключает появление значительных изгибных напряжений в оболочке подкрепленной шпангоутами, а, следовательно, обеспечивает наименьшую массу конструкции. Схема размещения сидений в пассажирском салоне выбрана «2+2», для обеспечения максимальной комфортности пассажиров. Кабина пилота вписана в обводы фюзеляжа, но для улучшения обзора передняя часть фонаря имеет уступ. Очертания хвостовой части фюзеляжа выбраны из условия обеспечения посадочного угла атаки αпос при наименьшей высоте шасси. На выбор горизонтального оперения большое значение оказывает тип самолета и размещение на нем двигателей. Для проектируемого самолета целесообразно применять высокорасположенное горизонтальное оперение, вынесенное из спутной струи создаваемой воздушными винтами двигателей. Преимущества: - горизонтальное оперение, расположенное над килем, служит ему концевой шайбой, повышая тем самым его эффективность, что позволяет уменьшить его площадь; - уменьшить потребные размеры площади горизонтального оперения, расположенного на стреловидном киле из-за увеличения плеча Lго; Недостатки: - некоторое увеличение массы горизонтального оперения, так как оно рассчитывается на несимметричную нагрузку, которая на 1/3 больше симметричной; - некоторое увеличение массы вертикального оперения , так как оно догружается силами и моментами от горизонтального оперения; Под схемой шасси понимается число опор и особенности их расположения относительно центра масс самолета. В настоящее время на самолетах применяются шасси четырех схем: - трехопорное с хвостовой опорой; - трехопорное с передней опорой; - велосипедное – с подкрыльевыми опорами; - многоопорное; Велосипедная не получила широкого применения из-за многих недостатков: - требуется более высокая техника пилотирования самолета при разбеге; - увеличивается дистанция пробега самолета вследствие ограничения тормозной силы, создаваемой колесами на носовой опоре; Применение многоопорной схемы оправдывается у самолетов с большими взлетными массами для уменьшения нагрузки на покрытие аэродромов. У проектируемого самолета нет необходимости применять эту схему из-за небольшого взлетного веса. Шасси проектируемого самолета колесное, трехопорное с носовой опорой заключается в следующем: - более простой расчет посадки, возможность скоростной посадки, исключается возможность «козления» - уменьшение опасности «капотирования»; - возможность применения при посадке более сильного торможения колес основных опор немедленно после касания ими земли. Что уменьшает длину пробега; - хорошая устойчивость при разбеге, пробеге и движении по аэродрому; - горизонтальное положение оси самолета при стоянке, что улучшает обзор пилоту; Недостатки:- большая масса за счет больших нагрузок на основные опоры; - возможность шимми переднего колеса, вследствие чего необходимо устанавливать демпферы; - большие объемы для уборки; - большая опасность аварии при поломке; - продольная неустойчивость при движении самолета по ВПП с приподнятой передней опорой при взлете;