2.1.5 Определение размеров оперения

Относительные параметры вертикального и горизонтального оперения (удлинение, сужение, стреловидность) в курсовом проекте принимаются в соответствии с параметрами В.О. и Г.О. самолета-прототипа из технического задания.

Основными требованиями при выборе размеров оперения являются требования устойчивости и управляемости самолета. В курсовом проекте площадь оперения выбирается простейшим способом с использованием статистики по относительной площади Г.О. и В.О.

Sго/Sкр=0.25

Sво/Sкр=0.2

По заданной в техническом задании форме в плане горизонтального и вертикального оперения и полученной на основе статистики площади оперения вычисляем размах оперения, концевую и корневую хорду В.О. и Г.О.

2.1.6 Положение крыла по длине фюзеляжа

По длине фюзеляжа крыло (в первом приближении) устанавливается таким образом, что бы точка на крыле 0,25 САХ совпадала с 0,45 длины фюзеляжа – в том случае, если двигатели устанавливаются на крыле. Если двигатели установлены на хвостовой части фюзеляжа, то точка 0,25 САХ должна совпадать с серединой длины фюзеляжа.

Установка горизонтального оперения смещает аэродинамический фокус самолета без Г.О. 9(ХF б.г.о.≈0,25 ВСАХ)

Х_F самолета = Х_Fб._г.о. + Δ Х_{F г.о.}

Где

Кго≈0,9 коэффициент торможения потока в районе Г.О.

Аго- коэффициент статического момента Г.О.

ε^α =0,4 скос потока

Центр тяжести статически устойчивого самолета должен находиться на 10-20% bсах впереди аэродинамического фокуса.

Приняв такое положение ц.т. самолета можно разместить шасси по длине самолета, так как это показано на рисунке 13 а

3 Расчет летно-технических характеристик

3.1 Расчет взлетно-посадочных характеристик

3.1.1 Расчет взлетной дистанции

Расчет взлетно-посадочных характеристик очень важный раздел при проектировании самолета для определения площади крыла и тяги двигателей. При расчете ВПХ широко используются такие нормативные документы как АП-25 и ФАР-25.

При выруливании на взлетную полосу самолет находится во взлетной конфигурации: шасси выпущено, закрылки и предкрылки отклонены на взлетный угол. Для того, чтобы не создавать чрезмерного сопротивления на разбеге и иметь достаточное качество при начальном наборе высоты закрылки на взлете отклоняют на промежуточный угол 15-20^о.

Взлетная дистанция состоит из участка разбега на земле и набора высоты 10,7м Фактически сразу после отрыва от земли самолет начинает убирать шасси и по достижении высоты 10,7м шасси считается убранным. После достижения высоты 120м производится уборка взлетно-посадочной механизации и самолет приобретает полетную конфигурацию. Взлет считается завершенным при достижении самолетом высоты 450м. Расстояние, проходимое самолетом от момента страгивания и до достижения высоты 450м называется полной взлетной дистанцией.

Далее мы будем заниматься расчетом потребной взлетной дистанции, включающей в себя участок разбега и воздушный участок до набора высоты Н=10.7м. Согласно нормативным документам высота условного препятствия 10.7м должна быть достигнута над границей концевой полосы безопасности (КПБ). КПБ примыкает к основной взлетно-посадочной полосе (ВПП) и обычно имеет длину 400м (см.рис.14).

Различают следующие основные требования:

• К взлетной дистанции со всеми работающими двигателями (нормальный взлет);

• К взлетной дистанции с одним неработающим двигателем (продолженный взлет)

• К дистанции прерванного взлета (с торможением после отказа двигателя на разбеге при взлете).

Нормальный взлет

Поскольку взлет состоит из разбега и определенного участка набора высоты, можно написать:

Lвзл. расч. =L выр + Lразб+Lвозд, (3.0)

Где

L выр=50м –длина участка выруливания на ВПП

Значение Lразб вычисляется по формуле

(Расчетная формула)

Lразб= V²_отр/ [Р_ср/G_o - f_тр –(С_х- f_трС_у) qS_кр/G_o] (3.1)

Определим скорость самолета при отрыве от земли V_отр из условия равенства веса самолета и подъемной силы

G_o= С_{у отр} S_кр х 0.5V²_отр (3.2)

Отсюда

(Расчетная формула)

V²_отр =2 G_o /( С_{у отр} S_кр ) (3.3)

 - плотность воздуха в расчетных условиях

=0.118кг.сек²/м⁴

Коэффициент подъемной силы на взлетном режиме Су отр определяется по приведенному в техническом задании графику Су=() (рисунок 16) для самолета во взлетной конфигурации. Ап-25 и ФАР-25 требуют производить взлет на скорости 1.2Vсв.

При минимально допустимой скорости отрыва Vотр=1.2Vсв получаем максимально допустимое значение Су отр.

(Расчетная формула)

Су отр.= Су^махвзл/1.44 (3.4)

Рср –тяга всех двигателей при средней по длине разбега скорости . Рср снимается с графика Р= f(V) из технического задания (пример на рисунке 19) В уравнение 3.1 входит квадрат скорости отрыва V²_отр Среднее значение V²_отр достигается при Vср=0.7Vотр.

f_тр =0.02-0.03 коэффициент трения колес шасси при движении самолета по ВПП.

При расчетах по формуле (3.1) допустимо для упрощения предположить (Э. Торенбик. Проектирование дозвуковых самолетов):

(Расчетная формула)

(С_х- f_трС_у) qS_кр/G_o =0.01 Су^махвзл (3.5)

Где Су^махвзл снимается с графика из технического задания , пример на рис 16 )

Вычисление длины воздушного участка

Предполагая мгновенный выход самолета на взлетный угол атаки, а траекторию воздушного участка прямолинейной, с углом наклона траектории _наб, и постоянной скоростью, найдем Lвозд из решения прямоугольного треугольника, у которого один катет – Lвозд, а другой катет равен конечной высоте воздушного участка Ннаб=10.7м (рис.14).

(Расчетная формула)

Lвозд= Н_наб/tg_наб (3.5.1)

Где угол наклона траектории после отрыва самолета от земли:

(Расчетная формула)

tg_наб=(Р_отр/G_o-1/К_отр) (3.5.2)

в этой формуле

Р_отр – тяга всех двигателей на скорости Vотр.

К_отр –аэродинамическое качество самолета во взлетной конфигурации на угле отрыва. Котр определяется по взлетной поляре из технического задания, смотри пример на рисунке 17. Используется значение Су отр из (3.4)

4. Расчетная величина взлетной дистанции при нормальном взлете может быть определена суммированием отдельных участков:

(Расчетная формула)

L_{взл. расч}= L_выр + L_разб + L_возд (3.5.3)

Согласно АП-25 и ФАР-25 потребная взлетная дистанция при нормальном взлете Lнорм взл. определяется с коэффициентом запаса 1.15 как

(Расчетная формула)

L_{норм взл.} =1.15 L_{взл. расч.} (3.6)

Продолженный и прерванный взлет

Нормативные документы учитывают возможность отказа одного двигателя в процессе разбега. В этом случае в зависимости от скорости, на которой произошел отказ двигателя Vотк, возможны два варианта:

• -продолжение разбега с дальнейшим взлетом – продолженный взлет;

• -торможение самолета –прерванный взлет;

Дистанцией продолженного взлета называется дистанция проходимая самолетом от от точки старта до пролета самолетом высоты условного препятствия (10.7м) .

Дистанцией прерванного взлета называется дистанция проходимая самолетом от точки старта до момента полной остановки самолета.

Прерванный взлет

1. Расчет длины разбега до скорости Vотк – скорости отказа двигателей производится по формуле аналогичной формуле (3.1) с учетом выражения (3.5). Каким образом определить скорость отказа будет указано ниже

(Расчетная формула)

L_vотк= V²_отк/[Р_{ср. отк.}/G_o - f_тр –0.01 Су^мах_взл] (3.7)

2. После момента отказа двигателя летчик должен осознать ситуацию и принять решение: прервать или продолжить взлет. Согласно нормативным документам, на принятие решения летчику отводится время равное 3 сек. Условно будем считать, что в течении этих трех секунд самолет продолжает двигаться со скоростью Vотк. За это время самолет пройдет следующее расстояние:

(Расчетная формула)

L_реш=3сек х V_отк (3.8)

3.Дистанция аварийного торможения L_торм может быть вычислена по формуле аналогичной (3.1), только вместо выражения в знаменателе должен быть подставлен коэффициент трения торможения f_торм.

(Расчетная формула)

L_торм= V²_отк / f_торм (3.9)

Статистические данные показывают, что можно приближенно принять f_торм=0.30

Общая длина прерванного взлета может быть определена суммированием отдельных участков:

(Расчетная формула)

L_{прерв.взл}= L_выр + L_vотк + L_реш + L_торм (3.10)

Среднее значение тяги на участке разбега до отказа двигателя Р_{ср. отк} принимается по графику Р=φ(V) (смотри рисунок 18 из технического задания) для скорости Vср=0.7Vотк

Продолженный взлет

1. Расчет длины разбега до скорости Vотк – скорости отказа двигателей производится по формуле аналогичной формуле (3.7)

(Расчетная формула)

L_vотк= V²_отк/[Р_{ср. отк.}/G_o - f_тр –0.01 Су^мах_взл] (3.11)

2. Расчет длины разбега после отказа двигателя до скорости Vотр производится по следующей формуле

(Расчетная формула)

L_vотр= (V²_отр- V²_отк)/[Р_{ср. отк.}/G_o - f_тр –0.01 Су^мах_взл] (3.11)

В эту формулу подставляется значение тяги двигателей за вычетом тяги одного отказавшего двигателя

Величина средней скорости Vср, при которой принимается значение средней тяги Р_{ср. отк} может быть определена по рис.14.

3. Расчет длины воздушного участка проводится по формулам аналогичным (3.5.1.), (3.5.2)

(Расчетная формула)

Lвозд= Н_наб/tg_наб (3.12)

Где

(Расчетная формула)

tg_наб=(Р_отр/G_o-1/К_отр) (3.13)

в формулу (3.13) подставляется значение тяги двигателей на скорости Vотр за вычетом тяги отказавшего двигателя

3. Общая длина продолженного взлета может быть определена суммированием отдельных участков:

(Расчетная формула)

Lпрод.взл= L_выр + L_vотк + L_vотр + L_возд (3.14)

В случае отказа двигателя на взлете вводится понятие сбалансированной взлетной дистанции.

При расчете дистанции прерванного взлета Lпрерв. взл., очевидно, что если отказ двигателя произошел в начале разбега на маленькой скорости, то самолет быстро затормозится и дистанция прерванного взлета будет небольшой. Чем позже в процессе разбега произошел отказ двигателя, тем больше будет путь, проходимый самолетом до момента отказа двигателя, тем больше будет скорость начала торможения, тем больше будет дистанция торможения и больше будет общая дистанция прерванного взлета.

При продолженном взлете картина будет обратной. В том случае, если отказ произошел в начале разбега, то почти весь разбег будет происходить с меньшей интенсивностью и дистанция продолженного взлета Lпрод. взл. будет максимальной. Чем позже произошел отказ двигателя, тем меньшую часть разбега самолет пройдет с уменьшенной тягой и тем меньше будет дистанция продолженного взлета.

Существует такая скорость отказа, при которой дистанция прерванного взлета равна дистанции продолженного взлета. Эта дистанция называется сбалансированной взлетной дистанцией. Самолет в этом случае или достигнет высоты 10.7м над концом КПБ или затормозится в конце КПБ. Потребная длина ВПП в этом случае будет минимально возможной(рис.14).

Определение сбалансированной взлетной дистанции

Сбалансированную взлетную дистанцию определим аналитико-графическим методом:

Задаем несколько значений Vотк,, например: Vотк ₁ = 0.8Vотр, Vотк ₂ = 0.85Vотр, Vотк ₃ = 095Vотр

Для нескольких значенийVотк выполним расчеты Lпрод. взл. и Lпрерв. взл.

Расчеты дистанции прерванного и продолженного взлета при разных значениях Vотк должны быть сведены в таблицу.

Строятся графики Lпрерв. взл.= f(Vотк) и Lпрод. взл.=f(Vотк).

Находится точка пересечения, в которой

Lпрод.взлет=Lпрерв.взл.= Lсбал. (рис.14)

Определение потребной для взлета длины ВПП

В предыдущих разделах приведена методика определения взлетной дистанции при нормальном взлете Lнорм взл. и сбалансированной взлетной дистанции Lсбал. при взлете с отказом. Большая из этих величин будет равна потребной взлетной дистанцию.

(Расчетная формула)

Lвзл.потр =max{ Lнорм взл. , Lсбал. } (3.15)