- •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
19.1. Начало пути
До Первой мировой войны были сделаны лишь начальные шаги в развитии авиации, хотя во многих странах, в том числе и в России, развивались теоретические и экспериментальные работы в авиационных областях науки и техники и число самолетов, строившихся в Европе и Америке, росло с каждым годом. В тех странах, где строились первые самолеты, интерес к ним проявляли прежде всего военные ведомства, которые, в основном, и финансировали эти работы. К концу первого десятилетия ХХ века самолет был признан как средство для полета человека, были разработаны методики подготовки и аттестации пилотов, началась серийная постройка самолетов. Производством самолетов в России занималось около полутора десятков заводов и мастерских в Москве, Петрограде, Симферополе, Таганроге, Рыбинске, Одессе и Риге. Строили тогда, в основном, по чертежам западных фирм самолеты иностранных марок или собирали их из готовых деталей, закупаемых за границей. К началу Первой мировой войны в России в строю было 244 военных самолета, в Германии - 232, во Франции - 156, в Англии и США - по 30. Но уже в те годы появились самолеты отечественной конструкции. В России только за 1909-1910 годы были построены и испытаны почти 40 новых оригинальных самолетов различных схем. На Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в 1913 году под руководством И.И. Сикорского был построен, а затем выпускался серийно в нескольких модификациях и участвовал в боевых операциях в составе первого в мире соединения тяжелых бомбардировщиков четырехмоторный тяжелый самолет "Илья Муромец" (рис. 19.1) - выдающееся достижение русской технической мысли. Ничего подобного на Западе в то время не было.
Рис. 19.1. Самолет "Илья Муромец" |
Рис. 19.2. Самолет М-9 |
В 1914-1917 годах под руководством Д.П. Григоровича было построено несколько типов летающих лодок (гидросамолетов). Наиболее известные из них - М-5 и М-9 (рис. 19.2), которые по тому времени были крупным техническим достижением, выпускались серийно и долгое время хорошо служили военно-морскому флоту России. Малочисленная мировая авиация, которая в начале войны использовалась только для разведки (самолеты-разведчики) и корректировки артиллерийского огня (самолеты-корректировщики), к концу войны превратилась в многочисленное и мощное боевое оружие. Появились бомбардировщики для нанесения бомбовых ударов по наземным и надводным целям, истребители для уничтожения самолетов противника в воздухе, штурмовики для проведения штурмовых ударных действий против наземных войск и морского флота при комплексном применении различного вооружения. Промышленность воюющих стран за время войны выпустила почти 182 000 военных самолетов. Россия не смогла в той же мере, как остальные воюющие страны, наращивать промышленный потенциал, быстро уступила первенство в производстве боевых самолетов и в 1916-1917 годах оказалась на последнем месте в мире по военной авиации. Изменение социально-экономической ситуации в России после победы Великой Октябрьской социалистической революции, Гражданская война и иностранная интервенция поставили перед молодой Советской республикой задачи сохранения и закрепления революционных преобразований. Буквально в первые дни существования советской власти Народный комиссариат по военным делам создал Коллегию воздушного флота. Ей предстояло прежде всего собрать разбросанные по фронтам остатки самолетных парков, двигатели и запасные части. К началу мая 1918 года в распоряжении России оказалось всего около 1000 самолетов, в большинстве своем иностранных марок, из них в строю находилось 300 самолетов. В 1918 году были национализированы авиационные заводы, начала создаваться государственная авиационная промышленность, на предприятиях которой за годы Гражданской войны было отремонтировано 1574 самолета и 1740 двигателей, построено заново 669 самолетов и 270 двигателей. В 1918 году решением ВСНХ при поддержке председателя СНК В.И. Ленина был основан ЦАГИ - Центральный аэрогидродинамический институт. ВСНХ (Высший совет народного хозяйства) - центральный орган по управлению промышленностью в России, СНК (Совет народных комиссаров) - высший исполнительный и распорядительный орган государственной власти в России. В 1919 году по инициативе Н.Е. Жуковского учрежден Московский авиационный техникум, позднее реорганизованный в Институт инженеров Красного Воздушного Флота им. Н.Е. Жуковского, впоследствии - Военно-воздушная инженерная академия, ныне - Военный авиационно-технический университет (ВАТУ). Механический факультет Московского высшего технического училища (МВТУ) приобрел аэродинамическую специализацию. В этот же период возникла Комиссия по тяжелой авиации (КОМТА), в которую вошли видные ученые и инженеры Н.Е. Жуковский, В.П. Ветчинкин, Б.Н. Юрьев, А.А. Архангельский, В.Л. Моисеенко, В.Л. Александров, А.А. Байков, М.В. Носов, А.М. Черемухин, К.К. Баулин и А.Н. Туполев (практически не работавший в КОМТА). Под руководством этой комиссии был спроектирован, построен и прошел летные испытания единственный в Советской стране тяжелый самолет-триплан "КОМТА" (рис.19.3). Первоначальные, не очень "чисто" проведенные продувки модели самолета дали хорошие результаты, однако в процессе летных испытаний выяснилась принципиальная непригодность трипланной схемы с крылом малого удлинения и невозможность получить удовлетворительные ЛТХ.
Рис. 19.3. Самолет "КОМТА" |
Рис. 19.4. Самолет АК-1 |
Позже, в 20-х годах, были организованы отечественные конструкторские бюро по самолетостроению: при ЦАГИ под руководством А.Н. Туполева и на заводе "Дукс" под руководством Н.Н. Поликарпова и Д.П. Григоровича. Самые первые самолеты советского производства - спортивный моноплан АНТ-1 (см. рис.3.1) конструкции А.Н. Туполева и четырехместный пассажирский самолет АК-1 В.Л. Александрова и В.В. Калинина (рис.19.4) - построены в ЦАГИ, Н.Н. Поликарпов создал одноместный истребитель-моноплан И-1, а в 1924 году начались летные испытания одноместного истребителя-биплана И-2, сконструированного под руководством Д.П. Григоровича. Основными конструкционными материалами самолетов того времени были сосна, авиационная фанера и полотно. В середине 20-х годов началось производство металлических конструкций. По инициативе А.Н. Туполева и профессора И.И. Сидорина на Кольчугинском заводе было налажено производство отечественного легкого металла - кольчугалюминия и разнообразного проката из него для нужд самолетостроения.
Рис. 19.5. Самолет АНТ-2 |
Рис. 19.6. Самолет АНТ-3 (P-3) |
Первым советским цельнометаллическим самолетом был небольшой трехместный моноплан АНТ-2 (рис.19.5). Весной 1926 года прошел государственные испытания цельнометаллический двухместный разведчик-биплан АНТ-3 (Р-3) (рис.19.6), запущенный в серию с отечественным двигателем М-5 мощностью 295 кВт. На самолетах АНТ-3 в 1926-1927 годах были выполнены выдающиеся по тому времени перелеты по маршрутам Москва - Кенигсберг - Берлин - Париж - Рим - Вена - Варшава - Москва и Москва - Токио - Москва. В 1925 году вышел на летные испытания АНТ-4 (ТБ-1) (рис.19.7) - первенец советской тяжелой бомбардировочной авиации и один из самых больших самолетов 20-х годов. Это был цельнометаллический моноплан с двумя двигателями М-17, установленными на крыле. Главным новшеством было свободнонесущее пятилонжеронное крыло с гофрированной дюралевой обшивкой и толстым профилем. Превосходные летные и эксплуатационные качества самолета АНТ-4 были продемонстрированы в 1929 году в перелете самолета "Страна Советов" (серийный ТБ-1 со снятым вооружением) по маршруту Москва - Омск - Хабаровск - Петропавловск-Камчатский - остров Атту - Сиэттл - Сан-Франциско - Нью-Йорк, общей протяженностью 21 242 км.
Рис. 19.7. Самолет АНТ-4 (ТБ-1) |
В связи с ростом интереса к воздушному спорту и в целях подготовки кадров для военного и гражданского флота началось бурное развитие легкомоторной авиации и строительство планеров. В 1926 году был построен двухместный биплан АИР-1 конструкции А. С. Яковлева, в 1927 году самолет "Буревестник" С-4 конструкцииВ.П. Невдачина. В последующие годы было построено еще несколько самолетов в Москве, Ленинграде, Киеве, Харькове конструкторами И.Н. Виноградовым, В.К. Грибовским, С.П. Королевым (будущим Генеральным конструктором ракетно-космических комплексов), А.С. Москалевым, И.П. Толстых и другими.
Советские республики, возникшие в результате революции на большей части территории бывшей Российской империи, объединились 30 декабря 1922 года в Союз Советских Социалистических Республик, площадь которого составляла одну шестую часть всей суши земного шара. Четыре с половиной тысячи километров - таково расстояние между крайней северной материковой точкой СССР - мысом Челюскина - и крайней южной точкой - в районе города Кушка, около одиннадцати тысячи километров между крайней точкой на западе - в районе города Балтийска - и на востоке - мысом Дежнева, оконечностью Чукотского полуострова.
В этих условиях исключительно важное значение приобретает воздушный транспорт для обеспечения быстрой перевозки пассажиров и грузов.
В 1923 году вступила в действие первая регулярная пассажирская воздушная линия Москва - Нижний Новгород.
Для работы на линиях учрежденного в 1923 году общества "Добролет" - будущего Министерства гражданской авиации СССР - был создан пассажирский самолет К-1 конструкцииК.А. Калинина.