- •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
19.2. Самолеты 30-х годов
С целью подготовки квалифицированных специалистов для развивающейся авиации в 1930 году были организованы высшие авиационные учебные заведения - Московский (МАИ) и Харьковский (ХАИ) авиационные институты. К середине 30-х годов окрепли, стали самостоятельными организациями оба крупных конструкторских центра страны, руководимые А.Н. Туполевым и Н.Н. Поликарповым. Наряду с ними существовали и КБ меньшего масштаба. В эти годы были созданы блестящие образцы боевых самолетов: - истребители И-3 и И-5 (рис. 19.8), разведчик-биплан Р-5 (рис. 19.9) и учебный самолет У-2 (По-2) (рис. 19.10), конструкции Н.Н. Поликарпова; - тяжелый двухмоторный разведчик Р-6 (АНТ-7) и тяжелый четырехмоторный бомбардировщик ТБ-3 (АНТ-6) (рис. 19.11).
Рис. 19.8. Самолет И-5 |
Рис. 19.9. Самолет Р-5 |
Рис. 19.10. Самолет У-2 (По-2) |
Рис. 19.11. Самолет ТБ-3 (АНТ-6) |
Серийный выпуск этих самолетов позволил укрепить мощь советского Военно-Воздушного Флота. В предвоенное десятилетие на вооружении советской бомбардировочной авиации состояло 216 самолетов ТБ-1 и 818 самолетов ТБ-3. В середине 30-х годов на основе достижений аэродинамики, строительной механики, разработки точных методов расчета на прочность, внедрения новых высокопрочных материалов и на основе прогресса двигателестроения начался новый этап в развитии самолетостроения. Этот этап характеризовался: - постепенным переходом на схему "моноплана" со свободнонесущим крылом для самолетов всех типов; - увеличением удельной нагрузки на крыло до 1400-1700 Па против 700-1000 Па у самолетов начала 30-х годов; - уменьшением относительной толщины крыла и применением двояковыпуклых профилей, что позволило уменьшить аэродинамическое сопротивление; - переходом к фюзеляжам обтекаемой формы с круглым, эллиптическим или овальным поперечным сечением; - широким применением "зализов" между фюзеляжем и крылом; - применением гладкой жесткой работающей обшивки крыла; - уборкой шасси в полете и уменьшением тем самым на 20-25% сопротивления самолета; - закрытием двигателей и радиаторов капотами; - установкой металлических воздушных винтов с изменяемым шагом лопастей; - созданием новых двигателей мощностью до 1500 кВт. Все эти достижения в области авиационной науки и техники открыли большие возможности повышения скорости, потолка, увеличения дальности полета наших самолетов. В 1933-1934 годах под руководством Н.Н. Поликарпова были созданы маневренный истребитель-биплан И-15 с максимальной скоростью 360 км/ч и истребитель-моноплан И-16 (рис. 19.12) с убирающимся шасси, обладающий скоростью 454 км/ч. Первым отечественным серийным фронтовым бомбардировщиком был созданный под руководством А.Н. Туполева в 1933-1934 годах самолет СБ (АНТ-40) (рис. 19.13) - цельнометаллический с гладкой обшивкой. При дальности 1000 км с бомбовой нагрузкой 500 кг этот самолет имел скорость 420 км/ч с двумя двигателями М-100 и 520 км/ч с двигателями М-105. Всего было построено 6656 самолетов СБ.
Рис. 19.12. Самолет И-16 |
Рис. 19.13. Самолет СБ (АНТ-40) |
Вслед за СБ в 1935 году вышел на аэродром ДБ-3 - скоростной дальний бомбардировщик конструкции С.В. Ильюшина. ДБ-3 стал основным советским дальним бомбардировщиком и успешно действовал в период всей Великой Отечественной войны под маркой Ил-4. Самолет Ил-4 (рис. 19.14) с двумя двигателями М-885 мощностью по 810 кВт имел скорость 445 км/ч и дальность 4000 км с 1000 кг бомб. Было построено 6784 самолета ДБ-3 и Ил-4.
Рис. 19.14. Самолет Ил-4 |
Рис. 19.15. Самолет АНТ-25 |
В 1932 году в конструкторском бюро А.Н. Туполева назначают П.О. Сухого руководителем бригады по проектированию и постройке самолета АНТ-25 (РД) (рис. 19.15) - цельнометаллического моноплана с крылом большого размаха и одним двигателем М-34. Летом 1937 года на этом самолете экипаж под командованием В.П. Чкалова совершил беспосадочный перелет Москва - США протяженностью более 9000 км, а на другом экземпляре этого самолета экипаж М.М. Громова почти по такому же маршруту совершил перелет протяженностью более 11 000 км. Эти перелеты принесли мировую славу и самолету, и советскому самолетостроению. В период с 1930 по 1938 год был спроектирован и построен ряд тяжелых многомоторных самолетов - АНТ-14, АНТ-16, АНТ-20, которые, однако, в серию не пошли. Наиболее ярким воплощением этого направления в отечественном самолетостроении был восьмимоторный самолет-гигант АНТ-20 "Максим Горький", который брал на борт 80 пассажиров, имел максимальную скорость 280 км/ч и дальность полета 2000 км. Это был тогда самый большой сухопутный самолет в мире.
Рис. 19.16. Самолет Ш-2 |
Рис. 19.17. Самолет МБР-2 |
Рис. 19.18. Самолет МДР-2 (АНТ-8) |
Рис. 19.19. Самолет МК-1 (АНТ-22) |
Наряду с сухопутными в Советском Союзе в 30-х годах строились и испытывались гидросамолеты. В 1932 году в серию был запущен легкий самолет-амфибия Ш-2 (рис. 19.16) В.Б. Шаврова, выпускался серийно более крупный самолет - летающая лодка МБР-2 (рис. 19.17) и корабельные разведчики КОР-1 и КОР-2 Г.М. Бериева. В конструкторском бюро А.Н. Туполева были сконструированы большие военные гидросамолеты - летающие лодки МДР-2 (АНТ-8) (рис. 19.18), двухлодочный катамаран МК-1 (АНТ-22) (рис. 19.19) и морской тяжелый бомбардировщик МТБ-2. Под руководством И.В. Четверикова были построены гидросамолеты АРК-3 и МДР-6 (Че-2). Для освоения Северного морского пути группой ленинградских конструкторов в системе Гражданского Воздушного Флота (ГВФ) был спроектирован гидросамолет АСК (амфибия северного края), группой конструкторов в НИИ ГВФ под руководством Р.Л. Бартини - гидросамолет ДАР (дальний арктический разведчик).
Рис. 19.20. Самолет АНТ-9 |
Рис. 19.21. Самолет ХАИ-1 |
В 30-е годы значительное развитие получила и гражданская авиация. Сеть воздушных линий союзного значения к началу 1933 года уже составляла 36 255 км (против 10 700 в 1928 году), что было по тому времени значительным достижением. Для обслуживания этих линий в конструкторском бюро К.А. Калинина на Харьковском авиационном заводе был создан самолет К-5, который брал на борт 6-8 пассажиров или 500-540 кг груза (было построено более 200 самолетов). Конструкторским бюро А.Н. Туполева был создан девятиместный пассажирский самолет АНТ-9 (рис. 19.20), который тоже строился серийно.
Рис. 19.22. Самолет АНТ-35 |
В октябре 1932 года в воздух поднялся самолет ХАИ-1 (рис. 19.21), созданный в конструкторском бюро ХАИ под руководствомИ.Г. Немана. Этот семиместный низкоплан первый в Союзе имел убирающееся шасси и был одним из наиболее скоростных пассажирских самолетов в мире. Было построено 43 машины.
В августе 1936 года начал летные испытания пассажирский самолет АНТ-35 (рис. 19.22), созданный на базе бомбардировщика СБ (АНТ-40). С коммерческой нагрузкой 840 кг (десять пассажиров и их багаж) самолет развивал крейсерскую скорость около 350 км/ч. Самолет строился серийно.
Удельный вес отечественных самолетов в парке гражданской авиации в 1929 году составлял 39%, в 1933 году он вырос до 87,5%. С 1935 года на воздушных линиях страны стали летать только отечественные самолеты. Авиационная промышленность впервые в истории России освободила нашу авиацию от иностранной зависимости.
Легкомоторная и спортивная авиация в 30-е годы была представлена замечательными самолетами А.С. Яковлева - трехместным лимузином АИР-6 (рис. 19.23) и учебно-тренировочными самолетами УТ-1 и УТ-2 (рис. 19.24) (построено 7243 экземпляра).
Рис. 19.23. Самолет АИР-6 |
Рис. 19.24. Самолет УТ-2 |
В предвоенные годы было построено большое количество экспериментальных самолетов. Это самолеты БИЧ-3, БИЧ-7А (рис. 19.25), БИЧ-14, БИЧ-20 и 21 конструкции Б.И. Черановского - самолеты-бесхвостки, или "летающие крылья", имеющие в плане форму "параболы".
Рис. 19.25. Самолет БИЧ-7А |
Рис. 19.26. Самолет БОК-5 |
Это самолет "Сталь-6" конструкции Р.Л. Бартини, имевший одноколесное шасси и паровое (испарительное) охлаждение двигателя вместо обычного радиатора. Благодаря этому самолет (уже в 1933 году!) развивал скорость до 420 км/ч.
Рис. 19.27. Самолет "Тандем-МАИ" |
К числу экспериментальных самолетов относятся бесхвостые самолеты БОК-5 (рис. 19.26) (конструкторВ.А. Чижевский), К-12 (конструктор К.А .Калинин), ХАИ-Авиавнито-3 (конструктор А.А. Лазарев), самолет "Сталь-МАИ", самолет-тандем "Тандем-МАИ" (рис. 19.27) конструкции П.Д. Грушина, "ЭМАИ-1" - первый в мире самолет из магниевого сплава "электрон".
Самолеты "Сталь-МАИ", "Тандем-МАИ" и "ЭМАИ-1" разработаны и построены в Московском авиационном институте.