1.4. Системы и компоновка летательного аппарата

   При проектировании ЛА прежде всего вырабатывается его концепция (от лат. conceptio – понимание, система представлений) – ведущий замысел, основной конструктивный принцип, который закладывается в проект и позволяет надеяться на возможность выполнения ТЗ, поставленного заказчиком, в соответствии с заданными критериями эффективности.    На этой стадии проектирования основное внимание уделяется формированию облика ЛА. Выбирается схема, оцениваются возможные летно-технические характеристики ЛА как транспортной (несущей) системы, намечаются состав и функциональные возможности систем (оборудования) ЛА, обеспечивающих специфику выполняемой ЛА задачи, оговоренной ТЗ на проект, определяется в первом приближении взлетная масса самолета, которая (см. главу 9) может служить (при прочих равных условиях) критерием эффективности при выборе проектного решения.    Создание ЛА – это сложный, многоступенчатый процесс. В результате нескольких итераций (от лат. iteratio – повторение) – циклических проработок проекта с возрастающей детализацией и точностью – с системных позиций согласованно решаются все вопросы и создается техническая документация, регламентирующая все этапы жизненного цикла ЛА.    В основе проектирования с системных позиций лежит предположение о возможности расчленения системы на составляющие ее относительно самостоятельные подсистемы (системы нижнего уровня).    В качестве таких систем при проектировании самолета обычно выделяют системы, приведенные на схеме (рис. 1.4), которая иллюстрирует также функциональную связь систем самолета с требованиями ТЗ и характерными массами самолета. На схеме используются следующие обозначения: m_о – взлетная масса самолета; m_к – масса конструкции самолета; m_п.н – масса полезной (коммерческой) нагрузки; m_с.н – масса снаряжения и оборудования, которое обеспечивает определенные условия комфорта полезной нагрузки на борту; m_о.у – масса оборудования управления, которое обеспечивает эксплуатацию самолета в заданных условиях; m_с.у – масса силовой установки, обеспечивающей необходимую скорость полета для доставки полезной нагрузки за время Т на расстояние L; m_т – масса топлива на борту.

Рис. 1.4. Функциональная связь систем и характерных масс самолета с требованиями ТЗ.

На этом же рисунке показан в одинаковом масштабе внешний вид двух пассажирских самолетов, иллюстрирующий изменение облика и размеров самолетов за последние годы.
Планер самолета (крыло с рулевыми поверхностями (элеронами), корпус самолета – фюзеляж (франц. fuselage, от fusele – веретенообразный, fuseau – веретено), горизонтальное оперение с рулями высоты, вертикальное оперение с рулями направления), система управления самолетом и взлетно-посадочные устройства (шасси; взлетно-посадочная механизация крыла – закрылки и предкрылки) определяют в основном облик и компоновку самолета.
Планер самолета, система управления, взлетно-посадочные устройства исиловая установка (двигатель и топливная система) образуют собственно самолет, т. е. транспортную (несущую) систему.
Остальные системы определяют специфику (тип) самолета, т. е. обеспечивают выполнение самолетом основной задачи, сформулированной ТЗ на проектирование.
Пассажирское бортовое или специальное оборудование и системы кондиционирования и индивидуального жизнеобеспечения создают необходимые условия комфорта и обслуживания полезной нагрузки.
 Системы спасения и десантирования и системы защиты (противопожарная, антиобледенительная) обеспечивают выживаемость полезной нагрузки и самолета в целом в аварийной ситуации.
Пилотажно-навигационное и радиотехническое оборудование обеспечивает навигацию и пилотирование самолета в заданных условиях эксплуатации.
Энергетическое оборудование (электрические, гидравлические и газовые системы) обеспечивает функционирование основных систем самолета.
На рис. 1.5 в качестве примера показаны общий вид и укрупненная компоновочная схема самолета Ил-114 (ОКБ им. С.В. Ильюшина).

Рис. 1.5. Общий вид и укрупненная компоновочная схема самолета Ил-114.

В самолете, как и в любой другой системе, нет резких функциональных границ между подсистемами (системами нижнего уровня). Взаимосвязи между подсистемами достаточно сложны, поэтому границы между ними размыты. Одна из основных задач при проектировании – максимально точно и объективно определить роль каждой системы и описать взаимосвязи этой системы с другими системами в процессе функционирования. Проследим только некоторые группы связей между системами самолета.
1. Сила тяги двигателя, входящего в состав силовой установки, передается на конструкцию планера самолета. Двигатель получает воздух от воздухозаборников по воздуховодным каналам, а топливо – из баков-отсеков. Воздухозаборники, воздуховодные каналы и баки-отсеки органически входят в силовую конструкцию планера самолета.
2. С вала двигателя снимается мощность для привода генераторов электроэнергии. От компрессора двигателя отбирается горячий воздух для подачи его в кабину и приборные отсеки (система кондиционирования) и для борьбы с обледенением конструкции (система защиты).
3.Электротехническое оборудование вырабатывает электроэнергию для работы практически всех систем самолета (например, радиостанций, освещения пассажирских салонов, привода подкачивающих насосов в топливных баках, электромеханизмов в системе управления).
4. Пилотажно-навигационное оборудование выдает информацию практически для всех систем самолета (например, для системы управления работой силовой установки и управления рулевыми поверхностями при автоматическом пилотировании самолета).

Рис.1.6. Укрупненная компоновочная схема орбитального космического комплекса "Мир".

На рис. 1.6 в качестве примера показана укрупненная компоновочная схема постоянно действующего орбитального космического комплекса на базе орбитальной станции «Мир» (базовый модуль) 3, дооснащенной состыковавшимися с ним на орбите технологическими и исследовательскими модулями «Кристалл» 7, «Природа» 5, «Квант» 2, «Квант 2» 4, «Спектр», который на рисунке не виден (его загораживают панели солнечных батарей 6 базового модуля «Мир»).
Связь орбитального комплекса «Мир» с Землей осуществляется с помощью одноразовых транспортных кораблей «Союз ТМ» 1 для доставки на орбиту и возвращения на Землю экипажей и грузов и «Прогресс» для доставки грузов, а также американского многоразового орбитального корабля (многоразового космического самолета) «Спейс Шаттл» («Space Shuttle») 9, стыкующегося с комплексом через универсальный стыковочный узел 8.
Даже первое знакомство с этими типичными для современного уровня развития авиационной и ракетно-космической техники летательными аппаратами дает представление о сложности проблем, которые приходится решать специалистам, работающим в ОКБ, НИИ и авиакосмической промышленности.