- •Посвящается 75-летию Московского авиационного института системный подход к проектированию ла.
- •1.1. Техническое задание на проектирование
- •1.2. Сложные (большие) системы, их свойства .
- •1.3. Летательный аппарат – главный элемент авиационного и ракетно-космического комплекса
- •1.4. Системы и компоновка летательного аппарата
- •Инженерное обеспечение проектирования летательного аппарата.
- •2.1. Основные этапы проектирования авиационного комплекса
- •2.2. Иерархия систем летательного аппарата. Специализация инженеров, создающих системы.
- •Глава 3 среда в которой существует и функционирует летательный аппарат
- •3.1. Факторы, влияющие на функциональные возможности и облик летательного аппарата
- •3.2. Естественная внешняя среда - атмосфера Земли и околоземное пространство
- •3.2.1. Основные параметры и свойства воздуха в атмосфере
- •3.2.3. Решение проектно-конструкторских задач и неопределенность по параметрам естественной внешней среды
- •3.3. Искусственная внешняя среда
- •3.3.1. Аэропорт. Взлетно-посадочная полоса
- •3.3.2. Наземные системы обслуживания и подготовки самолета к полету
- •3.3.3. Обеспечение регулярности и безопасности полетов пассажирских самолетов
- •3.3.4. Стартовый ракетный комплекс
- •3.3.5. Решение проектно-конструкторских задач и неопределенность по параметрам искусственной внешней среды
- •Часть вторая теоретические основы авиационной техники
- •Глава 4 принципы полета и классификация летательных аппаратов
- •4.1. Классификация принципов полета
- •4.2. Реализация ракетодинамического и баллистического принципов полета
- •4.3. Реализация аэростатического принципа полета
- •4.4. Реализация аэродинамического принципа полета
- •4.5. Летательные аппараты, реализующие несколько принципов полета
- •4.6. Крылатый летательный аппарат в космическом пространстве
- •Глава 5 основы аэродинамики
- •5.1. Взаимодействие среды и движущегося тела. Классификация скоростей полета
- •5.2. Аэродинамический эксперимент
- •5.3. Аэродинамические силы
- •5.4. Основные законы аэродинамики
- •5.5. Элементы аэродинамики больших скоростей
- •5.6. Системы осей координат
- •5.7. Аэродинамические характеристики самолета
- •Глава 6 основы динамики полета самолета 6.1. Траектории движения
- •6.2. Силы, действующие на самолет в полете
- •6.3. Пространственное движение самолета
- •6.4. Понятие об аэродинамическом расчете
- •Глава 7 аэродинамическая компоновка летательных аппаратов
- •7.1. Геометрические параметры обтекаемых тел
- •7.1.1. Геометрические параметры несущей поверхности (крыла)
- •7.1.2 Геометрические параметры несущих частей самолета (фюзеляжа)
- •7.2.1. Аэродинамические схемы. Продольная балансировка, устойчивость и управляемость самолета
- •ΔδΔYг.О.ΔMz ΔωzΔαΔYсам δ¯ny.
- •7.2.2. Боковая балансировка, устойчивость и управляемость самолета
- •7.2.3. Состав системы управления самолетом
- •7.2.4. Показатели управляемости самолета
- •7.3. Влияние на аэродинамическую компоновку условий базирования и эксплуатации
- •7.4. Летательные аппараты короткого и вертикального взлета и посадки
- •7.4.1. Вертолеты
- •7.4.2. Самолеты вертикального (укороченного) взлета и посадки
- •7.5. Гидроавиация
- •7.6. Самолет изменяемой геометрии
- •7.7. Средства обнаружения и аэродинамическая компоновка
- •7.8. Аэродинамическая компоновка и активные системы управления
- •Глава 8 основы прочности и жесткости летательных аппаратов
- •8.1. Нагружение агрегатов самолета и их деформация под нагрузкой
- •8.2. Статическое и динамическое нагружение частей летательных аппаратов
- •8.3. Нормы прочности - закон при создании конструкции самолета
- •8.4. Предварительная динамическая компоновка летательных аппаратов
- •8.5. Прочностной эксперимент
- •8.6. Активные системы управления и нагружение частей самолета
- •8.7. Понятие надежности и живучести летательного аппарата
- •Инженерные основы авиационной техники
- •Глава 9 взлетная масса самолета
- •9.1. Взлетная масса как критерий выбора проектного решения
- •9.2. Уравнение существования самолета
- •Глава 10 основные элементы конструкции летательных аппаратов
- •10.1. Основные конструкционные материалы
- •10.2. Внешние нагрузки и реакции опор
- •10.3. Простейшие виды нагружения и простейшие конструктивные элементы
- •10.3.1. Растяжение
- •10.3.2. Сжатие
- •10.3.3. Сдвиг
- •10.3.4. Кручение
- •10.3.5. Изгиб
- •10.4. Подкрепленные тонкостенные оболочки - основа конструкции планера летательных аппаратов
- •Глава 11 элементы конструкции планера самолета
- •11.1. Примеры конструктивно-технологических решений
- •11.2. Конструктивно-силовые схемы агрегатов планера самолета
- •11.3. Реализация требований тз в процессе разработки конструкции
- •Глава 12 элементы конструкции систем управления
- •12.1. Системы прямого управления самолетом
- •12.2. Усилия на рычагах управления
- •12.3. Система непрямого (бустерного) управления
- •Глава 13 элементы конструкции шасси
- •13.1. Движение самолета по аэродрому
- •13.2. Амортизационная система самолета
- •13.3. Конструктивные схемы амортизационных стоек шасси
- •Глава 14 основы устройства силовых установок летательных аппаратов
- •14.1. Двигатели, применяемые на летательных аппаратах
- •14.2. Воздухозаборники и сопла двигателей самолета
- •14.3. Топливная система самолета
- •Глава 15 бортовые системы и оборудование самолета
- •15.1. Пассажирское бортовое и специальное оборудование
- •15.2. Системы кондиционирования и индивидуального жизнеобеспечения
- •15.2.1. Влияние условий полета на организм человека
- •15.2.2. Системы кондиционирования воздуха в гермокабинах
- •15.2.3. Системы индивидуального жизнеобеспечения
- •5.3. Системы защиты в особых условиях
- •15.3.1. Противообледенительные системы
- •15.3.2. Противопожарные системы
- •15.4. Системы спасения и десантирования
- •15.4.1. Средства спасения на пассажирских самолетах
- •15.4.2. Средства спасения на военных самолетах
- •15.4.3. Системы десантирования
- •15.5. Пилотажно-навигационное и радиотехническое оборудование
- •15.5.1. Пилотажно-навигационное оборудование
- •15.5.2. Радиотехническое оборудование
- •15.5.3. Комплексы бортового радиоэлектронного оборудования
- •15.5.4. Бортовое оборудование и кабина экипажа
- •15.6. Бортовые энергетические системы летательных аппаратов
- •Глава 16 основы производства летательных аппаратов
- •16.1. Основные этапы изготовления летательных аппаратов
- •16.2. Производство авиационного предприятия и субподрядчики
- •16.3. Стандартизация и унификация в авиационном производстве
- •16.4. Некоторые технологические аспекты проектирования летательных аппаратов
- •Глава 17 основы эксплуатации летательных аппаратов
- •17.1. Основные фазы существования летательных аппаратов в эксплуатации
- •17.2. Некоторые аспекты технической эксплуатации агрегатов и систем самолета
- •17.3. Некоторые эксплуатационные аспекты проектирования
- •Глава 18 основы проектирования летательных аппаратов
- •18.1. Содержание процесса и основные этапы проектирования летательных аппаратов
- •18.2. Некоторые экономические аспекты проектирования
- •18.3. Некоторые эргономические и экологические аспекты проектирования
- •18.4. Формальные и неформальные аспекты проектирования
- •18.5. Проектирование самолета и эвм
- •18.6. Сертификация самолетов гражданской авиации
- •Часть четвертая краткий обзор развития отечественной авиационной техники
- •Глава 19 самолетостроение в довоенный период и в годы великой отечественной войны
- •19.1. Начало пути
- •19.2. Самолеты 30-х годов
- •19.3. Самолеты предвоенных лет и в годы Великой Отечественной войны Советского Союза
- •Глава 20 отечественная авиация в послевоенный период
- •20.1. Освоение больших дозвуковых скоростей полета
- •20.2. Сверхзвуковая боевая авиация
- •20.3. Развитие гражданской авиации
- •20.4. Гражданские и боевые вертолеты
- •20.5. Авиация России в 90-е годы
- •Глава 21 возможные пути развития гражданской авиации и задачи, стоящие перед самолетостроением
- •21.1. Общие закономерности развития гражданского самолетостроения
- •21.2. Увеличение коммерческой нагрузки
- •21.3. Увеличение рейсовой скорости
- •21.4. Уменьшение расходов на эксплуатацию
- •21.5. Уменьшение массы самолета
- •21.6. Увеличение аэродинамического качества самолета
- •21.7. Уменьшение расхода топлива
- •Заключение
Глава 5 основы аэродинамики
Аэродинамика- раздел механики, в котором изучаются законы движения газообразной среды (например, воздуха) и ее взаимодействие с движущимися в ней обтекаемыми твердыми телами. Несомненен приоритет нашей страны в ряде крупнейших открытий в области аэродинамики. Члены Российской академии наукЛ. ЭйлериД. Бернуллизаложили основы науки о движении тел в воздушном пространстве. Русские ученые-механикиН.Е. ЖуковскийиС.А. Чаплыгин- авторы фундаментальных работ в области аэродинамики.И.В. Мещерский- видный ученый в области теоретической и прикладной механики - разработал основы механики тел переменной массы, на основании его теорем построены уравнения движения самолета. Метод теоретического определения летных характеристик самолета создал Н.Е. Жуковский. Современная теория устойчивости движения самолета базируется на исследованияхА.М. Ляпунова- русского математика и механика.
5.1. Взаимодействие среды и движущегося тела. Классификация скоростей полета
Характер взаимодействия внешней газовой среды (атмосферы) и движущегося в ней тела (ЛА) существенным образом зависит от скорости полета ЛА и от высоты полета, поскольку с высотой изменяются параметры атмосферы. При небольших скоростях движения происходит в основном силовое взаимодействие, т. е. в результате движения возникают силы, которые оказывают сопротивление движению тела в газовой среде. С ростом скорости силовое взаимодействие сопровождаетсятепловым взаимодействием, т. е. нагревом поверхности обтекаемого тела вследствие теплопередачи от газа к телу. При очень больших скоростях полета аэродинамический нагрев становится настолько сильным, что может разрушить материал конструкции ЛА путем его оплавления илисублимации(от лат.sublimo- возношу), т. е. непосредственного перехода материала ЛА из твердого в газообразное состояние и, как следствие,уносаразрушенной частиматериала. Аэродинамический нагрев может привести кхимическому взаимодействиюмежду газовой средой и материалом конструкции ЛА, в результате чего также возникаетэффект уноса части материала. На больших скоростях полета вследствие механического воздействия может возникнутьэрозия(от лат.erosio- разъедание) материала конструкции, что также сопровождается эффектом уноса массы, илиабляцией(позднелат.ablatio- отнятие). Естественно, что в первую очередь проектировщика интересует силовое взаимодействие ЛА и внешней газовой среды, поскольку в результате этого взаимодействия возникают силы, обеспечивающие полет ЛА. Движение ЛА, раздвигающего воздух, вызывает возмущения воздушной среды, которые, как уже отмечалось в разделе 3.2.1, распространяются во все стороны со скоростью звука в виде колебаний давления и плотности воздуха. При малых скоростях полета эти возмущения значительно опережают ЛА, и воздушный поток, еще даже не приблизившись к нему, изменяет свое направление, раздвигаясь и "приспосабливаясь" к обтеканию частей ЛА. Сжатие воздуха при этом незначительно. С ростом скорости полета ЛА и приближением ее к скорости звука (скорости распространения возмущений) созданные ЛА возмущения не могут значительно опередить его, взаимодействие ЛА с невозмущенной ("не подготовленной" к обтеканию ЛА) внешней средой вызывает сильное сжатие воздуха, повышение его давления и, как следствие, увеличение сил, действующих на ЛА. Таким образом, критерием, позволяющим оценить силовое взаимодействие ЛА и воздушной среды,критерием сжимаемостипотока воздуха может служить числоМ. Чем больше числоМ, тем сильнее проявляется в полете эффект сжимаемости воздуха. На основании этого критерия принята следующая классификация скоростей полета ЛА: -малые дозвуковые скорости, соответствующие числам (М0,40,6), при которых сжимаемость воздуха практически мало влияет на силовое взаимодействие ЛА и окружающей среды; -большие дозвуковые скорости, соответствующие числам (М 0,60,9), при которых влияние сжимаемости на силовое взаимодействие весьма существенно, однако тепловое взаимодействие практически отсутствует и его можно не рассматривать; -околозвуковые(трансзвуковые, от лат.trans- через, за, за пределами), соответствующие числамМ1; -сверхзвуковые(М > 1), при которых проектировщики обязаны учитывать не только силовое, но и тепловое взаимодействие ЛА и окружающей среды; -гиперзвуковые скорости, соответствующие числам (M5), при которых силовое и тепловое взаимодействие ЛА и окружающей среды настолько интенсивно, что может сопровождаться химическим и механическим взаимодействием и чревато возможностью эрозии и уноса материала конструкции. При проектировании ЛА для определения его летных характеристик, разработки конструкции агрегатов и систем необходимы данные по интенсивности всех видов взаимодействия ЛА с воздушным потоком. Специфика взаимодействия на различных скоростях полета требует применения различных математических моделей, учитывающих эту специфику и базирующихся на различной математической основе. Теоретическое определение величин, характеризующих это взаимодействие, практическое измерение их в полете весьма сложно. С достаточной для инженерных работ точностью выполнить эту задачу позволяетаэродинамический эксперимент.