МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

«УТВЕРЖДАЮ»

Начальник военной кафедры МИРЭА

В. Введенский

«_____»_______________2010 г.

Военно – специальная подготовка

(ВУС 541100)

Дисциплина ВСП.01

«Основы авиационной техники»

(программа издания 2008 года)

Раздел 2. Основы авиационной техники

Тема 5 Ле­та­тель­ные аппараты и их дви­га­те­ли

Групповое занятие

Рассмотрено на заседании цикла

Протокол №_____________________

От “______”_______________2010 г.

Москва 2010 г.

Занятие 5.2 «Общая характеристика ЛА»

Цель: изучить назначение, состав и конструктивное выполнение планера и взлётно-посадочных устройств ЛА; изучить назначение, классификацию и принцип действия АД.

Учебные вопросы:

1. Назначение, конструктивное выполнение планера и взлетно-посадочных устройств.

2. Назначение, классификация и принцип действия авиационных двигателей.

1. Назначение, конструктивное выполнение планера и взлетно-посадочных устройств

К основным составным элементам конструкции самолёта относятся:

- планер;

- взлётно-посадочные устройства (шасси);

- силовая установка (двигатели) и др.

Планер самолёта предназначен для создания аэродинамических сил и моментов, обеспечивающих управление самолётом при движении его по заданной траектории в атмосфере и защиты экипажа, оборудования, грузов и др. от воздействия аэродинамического потока.

Планер является основой конструкции самолёта, объединяющей его основные элементы (крыло, фюзеляж, и хвостовое оперение) в единое целое и воспринимающей все нагрузки, действующие на самолёт в полёте. Планер обеспечивает размещение экипажа, двигателей, вооружения, оборудования, топлива, грузов и различных систем, размещённых на самолёте (рис.1).

Рис.1. Основные элементы планера самолёта

Внешние формы планера определяются в основном требова­ниями аэродинамики. Главной характеристикой является форма крыла в плане (стреловидность, удлинение, сужение).

Формы планера самолета существенно зависят и от типа и схе­мы органов управления, используемых на самолете.

Наиболее распространенной схемой органов управления являлась схема с вертикальным и горизонтальным хвостовыми оперениями (рис. 2, а). Для уменьшения площади хвостового оперения (а сле­довательно, массы и создаваемого сопротивления) его стремятся вынести возможно дальше от центра масс самолета. Это, в свою очередь, заставляет удлинять хвостовую часть фюзеляжа и даже устанавливать горизонтальное оперение на киль. ЛА с такими opганами управления часто называют самолетом нормаль­ной аэродинамической схемы. Аэродинамическую схему самолета без горизонтального оперения на­зывают «бесхвосткой» (рис. 2, б). Горизонтальное оперение может располагаться и впереди крыла, которое при этом сдви­гается несколько назад. Такая аэродинамическая схема самолета называется «ут­кой» (рис. 2, в). При боль­шой относительной ширине хво­стовой части фюзеляжа верти­кальное оперение делают двухкилевым, вынося его из зоны затенения на борта фюзеляжа.

а

Рис. 2. Летательные аппараты с раз­личным расположением

аэродинамичес­ких органов управления

В полете на самолет действуют три силы: полная аэродинамическая R, сила тяжести G, сила тяги P. Схема сил, действующих на самолет в установившемся прямолинейном горизонтальном полете показана на рис. 3.

В этом случае уравнения движения приближенно запишутся в виде:

;

т.е. в установившемся прямолинейном горизонтальном полете тяга приблизительно равна силе лобового сопротивления, а подъемная сила приблизительно равна силе тяжести самолета.

Рис. 3. Схема сил, действующих на самолет в установившемся

прямолинейном горизонтальном полете

Крыло предназначено для создания подъёмной силы и обеспечения поперечной устойчивости и управляемости самолёта. Возникающие на крыле аэродинамические силы зависят от его геометрических характеристик, положения относительно воздушного потока, скорости движения, плотности и температуры воздуха.

По геометрическим характеристикам крылья подразделяются на прямоугольные, трапециевидные, стреловидные, треугольные и сложной конфигурации (рис.4).

П о способам крепления к фюзеляжу крылья самолёта подразделяются на лонжеронные и кессонные крылья.

Рис. 4. Виды конфигураций крыльев самолетов

Лонжеронное крыло (рис. 5) состоит из силового каркаса, включающего продольные и поперечные элементы, и гладкой обшивки. К продольным элементам крыла относятся лонжероны и стрингеры, к поперечным – нервюры.

Лонжерон является основной силовой частью конструкции крыла, представляющий собой балку, состоящую из двух полок и стенки. Крыло самолёта может иметь 1-2 или большее число лонжеронов.

Промежутки между лонжеронами заполняются стрингерами, служащими для крепления обшивки и передачи возникающих на ней нагрузок на нервюры. Последние представляют собой прессованные или штампованные дюралюминиевые профили различной формы.

Рис. 5. Схема лонжеронного крыла

Важной частью крыла является обшивка, воспринимающая аэродинамические нагрузки, возникающие на крыле, и обеспечивающая создание гладкой поверхности. Обшивка состоит из дюралюминиевых листов от о,5 да 5 мм и более, которые с помощью заклёпок крепятся к силовому каркасу крыла.

Кессонное крыло (рис. 6) так же, как и лонжеронное, состоит из силового каркаса и гладкой обшивки и внешне ни чем не отличается от него. Однако за чисто внешним сходством скрывается значительное различие, определяемое большей толщиной обшивки, принимающей у кессонного крыла активное участие в восприятии нагрузок, возникающих в полёте. Это позволяет уменьшить сечение полок лонжеронов и снизить общий вес конструкции крыла.

Живучесть кессонного крыла выше, чем лонжеронного. Поэтому, несмотря на более сложную стыковку с фюзеляжем, кессонное крыло является основным типом крыла современных тяжёлых самолётов.

Рис.6. Схема кессонного типа крыла самолета

Фюзеляж самолета (вертолета) является основной емкостью, в которой располагаются экипаж, оборудование, грузы. Кроме того, часто в фюзеляже располагается силовая установка и шасси (истребители, истребители – бомбардировщики) или одни шасси (некоторые типы бомбардировщиков, военно-транспортные самолеты), а также топливо.

Фюзеляжи современных самолётов по конструкции силового каркаса подразделяются на лонжеронные, стрингерные, лонжеронно-стрингерные и бесстрингерные.

В лонжеронном фюзеляже основными продольными элементами каркаса являются лонжероны.

В стрингерном (или монококовом) фюзеляже лонжероны отсутствуют. Их роль выполняют стрингеры, воспринимающие нагрузки, действующие на фюзеляж самолёта в полёте.

Лонжеронно-стрингерный фюзеляж в продольном силовом наборе каркаса имеет одновременно лонжероны и стрингеры. Бесстрингерный фюзеляж не имеет продольных элементов каркаса. Внешние нагрузки воспринимаются в нём работающей обшивкой и набором поперечных силовых элементов-шпангоутов, являющихся характерной особенностью фюзеляжей всех современных самолётов.

Для удобства производства, эксплуатации и ремонта фюзеляжи современных самолётов имеют технологические и эксплуатационные разъёмы. На рис. 7 приведена общая схема фюзеляжа самолета, состоящего из 6 отдельных отсеков, состыкованных между собой с помощью болтов и заклепок.

Обшивка фюзеляжа имеет ряд вырезов, предназначенных для размещения входных люков, бомболюков, лючков подхода к различным агрегатам самолёта и двигателей, создающих благоприятные условия для выполнения необходимых работ, быстрого ввода самолёта в строй и приведения его в готовность к полёту.

Рис. 7. Общая схема фюзеляжа самолёта

Хвостовое оперение предназначено для управления самолётом в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Оно подразделяется на вертикальное и горизонтальное, каждое из которых состоит из подвижной и неподвижной частей. Неподвижная часть вертикального оперения называется килём, горизонтального – стабилизатором (рис. 1). Наличие киля и стабилизатора способствует разгрузке рычагов управления и обеспечивает достижение балансировки, и устойчивости самолета в полёте.

Подвижные части киля и стабилизатора, включают рули поворота и высоты, предназначенные для создания управляющих моментов и заданного изменения самолёта в воздухе. Вертикальное хвостовое оперение может быть одно или двухкилевым.

Неподвижная часть горизонтального хвостового оперения – стабилизатор устанавливается на фюзеляже или на киле самолёта. Место размещения стабилизатора оказывает существенное влияние на конструкцию самолёта.

Силовая схема и конструкция киля и стабилизатора современного самолёта обычно повторяет схему и конструкцию крыла. Киль может иметь смешанную, а стабилизатор кессонную конструкцию. Рули поворота и высоты имеют цельнометаллическую конструкцию однолонжеронного типа. Подвеска рулей – шарнирная. Руль поворота крепится к килю, а руль высоты – к стабилизатору. Для снятия нагрузок с рычагов управления на различных режимах полёта на рулях поворота и высоты устанавливаются триммеры.

На сверхзвуковых самолётах неподвижные и подвижные части вертикального и горизонтального оперения выполнены как единое целое, объединяемое так называемыми килём и стабилизатором. Установка на самолётах управляемых килей и стабилизаторов оказалась возможной за счёт включения в схему управления гидроусилителей, обеспечивающих многократное снижение усилий в полёте, с рычагов управления.

Взлётно-посадочные устройства (ВПУ) самолетов и вертолетов предназначены для решения следующих основных задач:

обеспечения устойчивого движения по аэродрому, для эксплуатации с которого предназначен данный аппарат;

уменьшения до заданной величины нагрузок, действующих на планер при движении по аэродрому (включая и первый удар);

обеспечения заданных значений длин разбега-пробега и взлетно-посадочных скоростей.

ВПУ самолёта включают в себя шасси и приспособления, предназначенные для изменения ускорения на разбеге и пробеге и уменьшения взлётно-посадочной скорости.

Шасси предназначено для обеспечения взлёта, посадки и передвижения самолёта по земле и предохранения его конструкции от разрушения под влиянием действующих на неё нагрузок. Основной схемой шасси военных самолетов является трехопорная схема с носовой опорой. Также может применяться схема с хвостовым колесом.

Схема шасси с носовым колесом, обеспечивает устойчивое движение самолёта при разбеге и пробеге, хороший обзор из кабины лётчика и возможность интенсивного торможения при пробеге после посадки. Шасси с хвостовым колесом применяется главным образом на некоторых типах легкомоторных самолётов.

Шасси имеют разнообразную конструкцию. Независимо от особенностей конструкции шасси его стойки могут быть плоскими, телескопическими (рис. 8, а) или рычажными (рис. 8, б, в). В телескопическом шасси стойка одновременно является и амортизатором (амортизационная стойка).

В рычажном шасси амортизатор может находиться как внутри стойки, так и вне неё (выносной амортизатор). Основным частями передней и главной шасси самолёта являются амортизационные стойки, которые выполнены в виде цилиндров с поршнями и штоками, заполненных жидкостью и газом под давлением.

а б в

Рис. 8. Схемы телескопической и рычажных стоек

Газ используется для создания амортизационных свойств и при движении по земле, работает аналогично упругому пневматику колёс. С помощью жидкости осуществляется поглощение ударных нагрузок, превращение их энергии в тепло и рассеивание его.

Верхняя часть стойки шасси крепится к одному из усиленных лонжеронов, либо к фюзеляжу. Ко второму нижнему концу стойки крепится колесо или тележка с колёсами.

В зависимости от типа самолёта на передней и главных ногах шасси могут устанавливаться одно-два и более колес. На тяжелых самолетах ДА и ВТА передние ноги шасси оборудованы двумя спаренными колесами, жестко закрепленными на общей оси, вращающейся в головке штока амортизатора. Для улучшения маневренности самолета при рулении передние колеса сделаны управляемыми.

В отличие от передних, главные шасси оборудованы тележками, имеющими четыре колеса, снабженные двойными гидравлическими тормозами. Помимо передней и главных ног шасси, на тяжелых самолетах установлены хвостовые предохранительные опоры, предназначенные для поглощения энергии удара при посадке с большими углами атаки.

В состав взлетно-посадочных устройств самолетов входят также средства механизации крыла и торможения на пробеге. Средства механизации крыла (щитки, закрылки, предкрылки, устройства для отсоса и сдува пограничного слоя) предназначены для уменьшения скорости самолета при взлете и посадке.

Щитки представляют собой часть нижней поверхности крыла, отклоняющейся от неё относительно неподвижной оси на 40-50⁰. Образующаяся между нижней поверхностью крыла и щитком зона разряжения ведёт к искривлению профиля крыла, способствующего приросту подъёмной силы и к уменьшению скоростей отрыва и посадки.

Закрылок представляет собой подвижную часть профиля крыла, выдвигающуюся относительно направления полёта назад и отклоняющуюся на взлёте и посадке вниз. Принцип работы закрылков аналогичен принципу работы щитков. Принципиальная схема закрылка самолета показана на (рис. 6).

Предкрылки так же, как и закрылки, являются частью профиля крыла, выдвигающейся вперёд относительно направления полёта. При отклонении предкрылка, между ним и поверхностью крыла образуется щель, способствующая искривлению воздушного потока, обтекающего верхнюю поверхность крыла, и увеличению подъемной силы на больших углах атаки.

Устройство отсоса пограничного слоя представляет собой щель, расположенную на расстоянии 60-70% хорды от носка крыла. Через неё осуществляется отсос пограничного слоя, обеспечивающий увеличение скорости обтекания верхней поверхности, задержку наступления срыва потока, рост критического угла атаки и улучшение взлётно-посадочных и аэродинамических качеств на дозвуковом режиме полёта.

Устройства для сдува пограничного слоя способствуют росту скорости обтекания, осуществляемого за счёт подачи воздуха на верхнюю поверхность крыла через щель, расположенную на удалении 30% хорды от носка крыла. Подача воздуха в систему сдува пограничного слоя проводится от компрессора и ведёт к снижению тяги двигателя. Поэтому данный способ применяется главным образом при посадке самолёта.

Основными средствами сокращения длины пробега самолета после посадки являются тормозные устройства, включающие тормоза колес, тормозные посадочные парашюты и систему отвода газов, обеспечивающую реверс тяги двигателей.

Тормоза колёс используются для торможения, как правило, во второй половине пробега, после уменьшения подъёмной силы крыла и начала устойчивого движения самолёта по поверхностям ВПП. Тормоза бывают трех типов: колодочные, камерные и дисковые.

Одной из основных проблем тормозов является отвод образующегося при торможении тепла. Наиболее эффективными с этой точки зрения являются дисковые тормоза. Для повышения эффективности тормозов в процессе торможения используются автоматы торможения, обеспечивающие достижение оптимального режима торможения.

Помимо тормозов, для сокращения длины пробега после посадки используется тормозные посадочные парашюты, являющиеся эффективным средством торможения в начальной стадии пробега. Применение тормозных парашютов способствует сокращению длины пробега самолета после посадки на 25-30%.

Для сокращения длины пробега самолета после посадки также используется реверс тяги двигателей, осуществляемый с помощью специальных устройств.