Функциональный подход к выбору схемы самолета

Наиболее плодотворные результаты дает при синтезе схемы функциональный подход. Значение выбора рациональной схемы для достижения максимальной эффективности самолета поясняется рисунками 1, 2, 3. Необходимость формализации и автоматизации таких этапов проектирования самолета как «выбор схемы» и «компоновка» поясняется на рис. 4.

Для проведения функционального анализа необходимо построить циклограммы функциональной загрузки основных агрегатов самолета в процессе выполнения полета (рис. 5). Эти циклограммы показывают, насколько каждый агрегат интенсивно выполняет свою основную функцию.

Например, какова потребная тяга двигателя на этом этапе полета по сравнению с максимально возможной тягой на этой скорости и высоте. Аналогично, для крыла коэффициент функциональной загрузки определяется как отношение потребной площади крыла для заданного режима полета к ее реальному значению на данном самолете. Как видим, коэффициенты функциональной загрузки агрегатов по времени полета крайне неравномерны и в основном далеки от 1. а ведь это, по существу, КПД агрегата в процессе полета (1=100%).

Но ведь агрегаты могут «помогать» друг другу !!!.. .Например, на посадке S_крыла используется полностью, а двигатель недогружен. Отсюда возможные технические решения: отклоняемый вектор тяги; энергетическая механизация крыла и т. д.

Таким образом, в процессе анализа графиков на рис. 5 можно устранить геометрическую и энергетическую избыточность ЛА путем взаимозамещения функций агрегатов и, тем самым, повысить его эффективность.

Провести функциональный анализ помогает классификация агрегатов самолета по функциональному признаку (рис. 6). В отличие от общепринятой агрегатно- конструктивной классификации, агрегаты могут повторяться в ней несколько раз. Например, крыло кроме основной функции – создания подъемной силы - может выполнять функции размещения грузов (контейнеризант), конструктивной связи агрегатов и т.п. В настоящее время разработаны формальные методы, позволяющие определить наиболее предпочтительные варианты взаимозамещения функций агрегатов и систем самолета.

Пример функционального анализа для рекордного самолета «Вояджер» показана на рис. 7^а, 7^б. Видно как различные агрегаты расширили свои функции. Например, ГО не только обеспечивает устойчивость и управляемость самолета, но и создает подъемную силу и замыкает конструктивно гондолы с фюзеляжем. Вариант модификации самолета Су-27, разработанный с применением описанной методики, показан на рис.8.

Пример использования функционального подхода для модификации схемы самолета Су-27

Выбор типа и числа двигателей Основные характеристики двигателей.

ТВД	ТВВД	ДТРД (ТРДД)	ТРД	ТРДФ	Параметры
М<0,75-0,82	М<0,8-0,85	М0,9	М1,5-2	М3,5	Максимальная скорость полета самолета
До 1500	До 30000	260-26000 40000 m=1…8	До 15-20000	3000-30000* 2000-20000	Взлетная тяга [даН]
0,4…0,5	0,42…0,55	0,75…0,55	0,8…0,9	2,1…2,8* 0,55…0,9	Удельный расход топлива (крейсерский)
0,14	0,14	0,21…0,16	0,20	0,20	Удельный вес
-	-	0,23…0,32	0,20	0,20	Удельный мидель
-	-	0,1…0,05	~0,10	~0,10	CxSмг мотогондолы
Выделяются низкие частоты винта (Ту-114)		Выделяются высокие частоты компрессора			Вибрации, шум на местности
Пассажирские самолеты ВТС и дальн. носители	Перспективные пассажирские самолеты, ПЛО, РЛД	Пассажирские и транспортные самолеты, дальн. носители	Маневренные самолеты	Маневренные самолеты, сверхзвук. носители	Использование на самолетах

; *данные с форсажем