- •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
15.2.2. Системы кондиционирования воздуха в гермокабинах
Гермокабины (ГК) являются элементом силовой конструкции планера самолета и воспринимают нагрузку от аэродинамических и массовых сил и от внутреннего избыточного давления (см. раздел 10.4). Системы кондиционирования воздуха (СКВ) обеспечивают наддув (превышение давления в кабине над атмосферным давлением) и вентиляцию, отопление и охлаждение герметичных кабин (кабины экипажа, кабины пассажиров и грузовых отсеков), очистку подаваемого в герметичные отсеки воздуха от аэрозольного (от аэро- и нем. Sol - коллоидный раствор), состоящего из газовой смеси, в которой взвешены твердые или жидкие частицы, химического и других загрязнений, дезодорацию (от франц. des - приставка, означающая отрицание, уничтожение, удаление или отсутствие чего-либо, и лат. odoratio - запах) и ионизацию воздуха в кабине при полете и на земле. Кроме того, эти системы обеспечивают защиту стекол фонаря пилотов от запотевания, обдув (охлаждение) электронного (пилотажно-навигационного и радио-) и электрооборудования, а иногда и подачу горячего воздуха в систему воздушно-тепловых противообледенителей (антиобледенителей) передних кромок крыла и оперения (см. раздел 15.3). Большинство современных самолетов имеют атмосферные (неавтономные) ГК, которые вентилируются воздухом из окружающей среды, в отличие от автономных ГК, для которых запас кислорода находится на борту ЛА. Одна из возможных принципиальных схем системы кондиционирования гермокабины пассажирского самолета представлена на рис. 15.9. Воздух отбирается от компрессоров двигателей 1 с температурой до 500°С и давлением до 1,6 МПа (16 кгс/см2), объединяется в общий поток и, проходя по трубопроводу 3, разделяется на два потока. Поток горячего воздуха 5 проходит через основную 6 (а в случае отказа - через дублирующую 2) систему охлаждения воздуха. Для охлаждения воздуха используют воздушно-воздушные, топливно-воздушные теплообменники и турбохолодильники.
Рис. 15.9. Принципиальная схема системы кондиционирования гермокабины |
Поток горячего воздуха8 поступает прямо в смеситель 10, где смешивается с охлажденным потоком 7. Поступлением холодного воздуха в смеситель управляет кран 9, а подачей воздуха в гермокабину - ограничитель температуры 11 по сигналу регулятора температуры 4 в гермокабине. Пройдя через увлажнитель 12, в котором по сигналу датчика влажности воздуха в кабине 16 распыляется вода из бака 17, воздух с необходимыми параметрами температуры и влажности подается по системе трубопроводов 13 в гермокабину.
Автоматический регулятор давления14 управляет клапаном 15 выпуска кабинного воздуха в атмосферу.
Системы кондиционирования поддерживают определенную влажность воздуха в гермокабинах. Влага, содержащаяся в воздухе в парообразном состоянии, может конденсироваться (от позднелат.condensatio - уплотнение, сгущение) и оседать в виде капель на стенках кабины, трубопроводах и, особенно, в теплозвукоизоляции. Скапливаясь, эта влага может существенно увеличить массу пассажирского самолета и даже нарушить его центровку. Удаление влаги из теплозвукоизоляции может потребовать специальных мер при наземном обслуживании самолета.
Наиболее благоприятным с физиологической точки зрения является давление в кабине, равное атмосферному давлению воздуха на уровне моря. Однако в этом случае на больших высотах будет возникать значительный перепад давления между кабиной и атмосферой, что, с одной стороны, потребует увеличения толщины обшивки кабины для обеспечения ее прочности и, как следствие, увеличения массы самолета, а с другой стороны, при внезапной разгерметизации ГК перепад давлений между кабиной и атмосферой будет очень большим и падение давления в ГК до атмосферного будет происходить очень быстро. Это явление принято называть взрывной декомпрессией.
С одной стороны, в процессе декомпрессии может произойти лавинообразное разрушение конструкции гермокабины от микроразрушений, вызвавших разгерметизацию, до макроразрушений основных силовых элементов фюзеляжа, а с другой стороны, давление в легких человека не может уменьшаться так же быстро, как уменьшается давление в кабине при разгерметизации, и возможны несовместимые с жизнью человекабаротравмы (от греч. baros - тяжесть) у пассажиров и членов экипажа - механические повреждения легких и других органов расширяющимся газом - разрывы, внутренние кровоизлияния, падение кровяного давления, замедление ритма сердца вплоть до остановки. Кроме того, происходит внезапный "перенос" пассажиров и экипажа в условия острой кислородной недостаточности. В результате развивающихся явлений острой гипоксии и аэроэмболизма человек теряет сознание и наступает смерть. Происходит также обмораживание вследствие постепенного понижения температуры в кабине до температуры наружного воздуха (порядка - 60°С).
С учетом всех этих условий выбираются программы регулирования давления в гермокабинах самолетов.
Наиболее благоприятная для пассажиров программа регулирования давления в гермокабине по высоте полета приведена на рис. 15.10, гдеp = pH/po - относительное атмосферное давление, pH - атмосферное давление на соответствующей высоте, po - атмосферное давление на уровне моря.
Рис. 15.10. Программа регулирования давления в гермокабине пассажирского самолета по высоте полета |
На высотах полета отH1 (точка В на кривой 2) до Hmax в кабине поддерживается постоянное избыточное давление = 0,61po относительно атмосферного (кривая 2 на этом участке эквидистантна кривой 1).
При стоянке на земле (точкаА на кривой 2) и в полете до высоты H1 (в нашем примере H1= 7200 м) система кондиционирования воздуха поддерживает в кабине постоянное давление, равное атмосферному давлению на уровне моря.
При крейсерской высоте полета порядка 10 000-14 000 м при разгерметизации кабины экипаж самолета имеет возможность в режимеэкстренного (аварийного) снижения вывести самолет на относительно безопасные высоты порядка 3000-4000 м за время , соответствующее так называемому "резервному", или "активному" времени, в течение которого при остром кислородном голодании (без аварийного питания пассажиров кислородом) не происходят необратимые изменения в деятельности головного мозга человека.
Тем не менее пассажирские самолеты имеют систему аварийного питания пассажиров кислородом и систему непрерывного питания кислородом летчиков в течение всего полета.
Для боевых самолетов, летающих на высотах порядка 20 000-25 000 м, время экстренного снижения в случае разгерметизации гермокабины до безопасной высоты значительно превышает "резервное", или "активное", время. Кроме того, вероятность разгерметизации гермокабины боевого самолета вследствие боевого повреждения значительно выше вероятности разгерметизации гермокабины пассажирского самолета вследствие недостаточной прочности или повреждения конструкции гермокабины извне при разрушении дисков и лопаток турбин реактивных двигателей, воздушных винтов, при попадании в самолет ударов молнии или птиц и при столкновении с другими самолетами.
Поэтому на военных самолетах стремятся к максимально возможному снижению перепада давления между гермокабиной и атмосферой, и, поскольку летный состав имеет специальную тренировку и все члены экипажа снабжены индивидуальными системами обеспечения жизнедеятельности, максимальное избыточное давление в гермокабине при полете на максимальной высоте примерно вдвое меньше (= 0,30po), чем в гермокабине пассажирского самолета.
Программы регулирования давления в гермокабинах военных самолетов более сложные и выбираются с учетом специфики режимов полета и маневрирования при выполнении боевой задачи. В частности, применение таких программ позволяет уменьшить скорость изменения давления в гермокабине при вертикальных маневрах.
В этой ситуации при полетах на больших высотах "высота в кабине" военных самолетов не превышает 7000-8000 м и физические условия среды в кабине не соответствуют требованиям организма человека, поэтому необходимо применение систем индивидуального жизнеобеспечения экипажей боевых самолетов.