
- •Проектирование самолетов Кафедра «Проектирование самолетов» маи
- •Курс лекций.
- •- Является комплексным, связывает эффективность авиационной техники с методологией ее проектирования.
- •- Сплав науки, искусства, интуиции и технического риска
- •Структура курса:
- •Дополнительная:
- •Краткий обзор развития авиации и методов проектирования самолетов
- •1903Г. Демонстрационный полет братьев Райт
- •Анализ развития авиации
- •Реализация законов диалектики в процессе развития авиации.
- •Закон отрицания отрицания
- •Закон единства и борьбы противоположностей.
- •Краткая характеристика методов проектирования самолетов.
- •Достижение различной степени оптимальности проекта при использовании рассмотренных методов проектирования.
- •Элементы теории больших систем
- •Комплексный учет характеристик при формировании критерия.
- •Структура авиационного комплекса.
- •Основные требования к критериям оценки
- •Основные положения метода Парето
- •Этапы проектирования самолета
- •Дальнейшие этапы создания самолета:
- •1. Определение потребности общества в авиаперевозках
- •Анализ возможности реализации ттт и его корректировка.
- •Эволюция тз
- •Примеры нормирования перегрузок
- •Рекомендуемые формы рукояток в кабине пилота
- •Разработка концепции и выбор схемы самолета.
- •Выбор балансировочной схемы самолета
- •4._._. Выбор типа воздухозаборника и сопла
- •Воздухозаборник
- •Сопло и хвостовая часть мотогондолы
- •Реверсивные сопла
- •Плоские сопла
- •Функциональный подход к выбору схемы самолета
- •Выбор типа и числа двигателей Основные характеристики двигателей.
- •Выбор числа двигателей
- •Расчет массы самолета
- •Коэффициенты роста массы самолета
- •Определение основных проектных параметров самолета
- •Оптимизация параметров самолета.
- •Компоновка самолета.
- •1.3. Использование благоприятной интерференции агрегатов
- •Использование средств улучшения местной аэродинамики
- •1.5. Использования несущей способности выступающих в поток агрегатов (например мотогондол, подвесных топливных баков и т.П.)
- •Нормируемые запасы устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета обеспечиваются:
- •4.0 Эффективная работа силовой установки самолета достигается:
- •Максимальное значение Су на взлете и посадке достигается:
- •Объёмно-весовая компоновка (овк) самолёта.
- •Определение смещения центровки:
- •Конструктивно силовая компоновка (кск) самолёта.
- •Особенности проектирования отдельных типов самолетов. Особенности проектирования пассажирских самолетов. Состояние и перспективы развития гражданской авиации.
- •Компоновка служебной кабины экипажа.
- •Экономика авиатранспортной отрасли
- •Определение параметров сечения фюзеляжа.
- •Аварийное покидание и средства спасения.
- •Перспективы развития военной авиации.
- •Обеспечение малой заметности в рл диапазоне
- •Проектирование агрегатов самолета Проектирование крыла
- •Влияние геометрических параметров крыла на его аэродинамические и весовые характеристики.
- •Механизация крыла.
- •Энергетические методы обеспечения короткого взлета и посадки.
- •Рациональная компоновка приводов.
- •Компоновка элементов системы управления с учетом требований снижения веса.
- •Фюзеляж.
- •Оптимизация параметров фюзеляжа
- •Компоновка технических отсеков на самолетах.
- •Правила проектирования вырезов в фюзеляже и крыле:
- •Проектирование шасси самолета.
- •Схемы шасси.
- •О сновные геометрические параметры шасси и их влияние на эксплуатационные характеристики самолета.
- •Определение высоты шасси.
- •Определение основных геометрических параметров шасси.
- •Силовые установки
- •Основные элементы силовой установки
- •Силовая установка самолета Ту-154
- •Оптимизация параметров силовой установки дозвукового пассажирского самолета.
- •Влияние типа компоновки силовой установки на эффективность самолета
Аварийное покидание и средства спасения.
В случае аварийной посадки предусмотрены мероприятия обеспечивающие безопасность пассажиров:
Привязные ремни и крепление кресел рассчитаны на nx 9.
Кресла имеют мягкие подголовники и спинки.
Проводится инструктаж пассажиров (предполетный и аварийный)
Сумки с полок снять;
Обувь с кабл. снять;
Сесть в опред. положение;
В самолете имеются средства пожаротушения (специальная система на двигателях, и переносные огнетушители) в салоне.
На самолетах с Нпол. 11-13км. Имеется система автоматической подачи кислородных масок (К.М.). Переносные К.М. с баллоном имеются на каждом самолете с герметичным фюзеляжем.
Разработана методика экстренного снижения самолета в случае разгерметизации фюзеляжа.
Разработана методика аварийной посадки на воду.
На фюзеляже размечены «зоны вскрытия» в аварийных случаях. На аэродромах имеются специальные автофрезы.
Разработаны специальные методы обеспечения аварийной посадки на аэродромах (намыливание полосы и дт.)
Перспективы развития военной авиации.
(по материалам зарубежной печати).
Возрождение военной авиации в 70 годах.
Причины: - малая вероятность поражения носителя в режиме БД;
возможность «ухода» от ракеты с головкой самонаведения (ложные цели, РПД, «засветка» РЛС специальными снарядами и т.д.). Возрастание «человеческого фактора в маневренном воздушном бою.
Отход от традиционных лозунгов (выше всех, дальше всех, быстрее всех). Комплексное решение вопросов эффективности: Ил-2, Миг-3, F-111.
Особенности развития современной военной авиации:
Усиление аппаратурной составляющей в оценке эффективности авиационного комплекса. Информационное комплексирование оборудования (обеспечивает ~ 85% эффектив.)
Совершенствование системы ПВО и меры по её преодолению:
Малые высоты;
(для
этого
);
Динамическое снижение нагрузок;
Автоматические системы навигации и
управления полетом;
Средства уменьшения «заметности» самолета средствами ПВО – концепция «stealth».
Уменьшение размеров, следовательно, уменьшение ЭПР (эффективной поверхности радиоотражения).
Интегральная конфигурация самолета:
Устранение «уголковых отражателей» в конфигурации самолета:
Развал килей;
Разнесение по длине фюзеляжа ГО и ВО;
Экранирование заборников и двигателей;
Устранение острых, излучающих очертаний;
Формирование Х-образной системы отражения сигналов;
Снижение «инфракрасной» - тепловой заметности самолета;
Плоские сопла – обеспечивают быстрое перемешивание и малое свечение струи;
экранирование сопла (пример А-10)
Использование подвесного (в контейнерах, накладных обтекателях) оборудования РЭБ;
Специальные покрытия;
Концепция F-117 {отличия от В-2!}
Рост сложности и стоимости авиационной техники
-
В-52
В-1
60е-годы
8
млн.долл.
80е-годы
30млн.долл.
1
00млн.долл.
2000е-годы
истребители
F-4
F-14
F-16
2,5млн.долл.
18-32млн.долл.
16-21млн.долл.
Улучшение взлетно-посадочных характеристик самолетов – необходимо в связи с возможным разрушением аэродромов (останутся участки ВПП длиной ~100-300м.).
Пути:
Мощная механизация крыла, в том числе энергетическая, изменяемая
;
Увеличение тяговооруженности
;
Самолеты вертикального взлета и посадки (СВВП). Проблемы:
Сложность и увеличение m системы управления на переходных режимах
Эрозия двигателей при использовании на грунтовых ВПП
Необходима теплостойкая резина на пневматиках;
Преодоление эффекта «подсоса»;
Самолеты безаэродромного базирования.
Viggen – использование участков автострад;
Использование шасси на воздушной подушке;
«Прыжковое» шасси;
Взлет с ускорителями;
Катапультный старт;
Старт с «горки» (трамплина);
Совершенствование маневренных самолетов.
Преобладает концепция «завоевания самолета в воздухе». Тесное взаимодействие с сухопутными войсками.
Необходимость успешного ведения маневренного воздушного боя М=0,6-0,9; Н=3-10км.
Потребные значения маневренных характеристик М=0,6; Н=3000 Уст.хар-ки Не уст. Rвир 500 400
ny 6уст 9мах |
Средства достижения
Механизация крыла (отклоняемые носки и закрылки)
Адаптивные профили
Форма крыла в плане с большими наплывами
|
Выбор
нагрузки на крыло p и
тяговооруженности
:
дают перегрузки
400
0,65 5
200 1,25 10
Режим
проникновения к цели на малой высоте
Энергетический кризис привел к необходимости экономии топлива, отсюда: аппаратурное моделирование воздушного боя, отработка тактики.
Моделирование перегрузок. Способы снижения действия перегрузок:
Спец. компоновка рычагов управления
Тренировка экипажей
Отклонения спинки сидения
Противоперегрузочные костюмы, спец. медикаменты
Другие способы повышения маневренности самолета.
Снижение запаса статической устойчивости и внедрение автоматических систем обеспечения устойчивости.
Спец. форма крыла в плане (наплывы позволяющие увеличить )
Непосредственное управление подъемной и боковой силами; достигается использованием дополнительных управляющих поверхностей.
Позволяет: - формировать траекторию без просадок по Н (след. Снизить Нmin)
- улучшить условия прицеливания и сис.боев.эффектив.
- Изменение направления вектора тяги.
- Управление Сх и использование реверса в полете – позволяет самолету из атакуемого в воздушном бою превратиться в атакующего и корректировать траекторию посадки.
Кобра Пугачева.
Требуемый ресурс 6000 летных часов. (25 лет при налете 240часов в год).
Эксплуатационная технологичность: должна обеспечивать 6-8 вылетов в день; время подготовки к повторному вылету 20 мин; трудоемкость обслуживания 9час/час полета.
Совершенствование самолетов-носителей.
-Вызвано необходимостью увеличения дальности и продолжительности полета (в режиме боевого дежурства в воздухе).
-Отсюда – необходимость заправки в воздухе. Проблемы: недостаток заправщиков.
Выход – конвертирование ДПС.
*Подвесные агрегаты заправки;
*Управление конусом;
* Предотвращение помпажа;
-Использование полуутопленных и комфортных подвесок, сбрасываемых и убираемых обтекателей.
-Расположение оружия на барабанах и в кассетах (из условия безопасного отделения и захвата цели РЛС ракеты).
-Комплексное использование носителей в нарядах других самолетов.
При проектировании самолетов штурмовиков особое внимание уделяется обеспечению живучести, которая обеспечивается:
Бронированием жизненно важных отсеков;
Специальными КСС (например, многолонжеронное крыло);
Заполнением баков пенополиуретаном;
Внедрение системы нейтральных газов;
(т.е. 7,5% mвзл);
Требования к размещению сбрасываемого груза.
-Возможно ближе к ц.т. (если центроплан проходит через фюзеляж, то разнесены отсеки и определен порядок сброса).
-min аэродинамическое сопротивление (в отсеках на барабане, полуутопленная подвеска, конформная подвеска).
-С min числом переходных держателей (АКУ, АПУ).
-Обеспечение возможности аварийного сброса и безопасности отделения (АКУ, АПУ).
-Не допускать попадания шлейфа газов ракеты в двигатель самолета. (борьба,
вдувание О2).
Типовое размещение сбрасываемого груза.
В
+малый сх +малая ЭПР +сохранение центровки -трудно (долго) подвес. -ослабл. Ф. |
На внешней подвеске
-сх -большой ЭПР -ослабл. Ф. +удобная подвеска +разгрузка крыла
|
Полуутопленная подвеска
ЭПР +удобство подвески +не ослабляется Ф. |
Размещение стрелковых специальных установок.
В нижней части фюзеляжа
*> |
В носовой части фюзеляжа
|
В крыльевом наплыве
|
Кормовая установка
|
Подвесная установка в контейн.
|
1- 2+ 3+- 4+ 5+- 6+- 7+ 8
|
- + +- + - +- + |
- -+ +- + - +- +
|
+ + + - +- + +-
|
+ +- + + + + - -
|
*Требования к размещению стрелковых спец. установок.
1.Достаточный сектор обзора (обстрела) для подвижности;
2.Малое плечо отдачи;
3.Удаление от воздухозаборников;
4.Удаление от источников тепла;
5.Возможность быстрого демонтажа;
6.Наличие спец.прицелов;
7.Малый Сх;
8.Малая масса;
Появление специальных типов самолетов.
Летающий пункт управления боев.действ.
Самолеты радиолокационного дозора «Авакс»
Самолеты противолодочной обороны
Военно-транспортная авиация. Проблемы:
возрастание массы и габаритов грузов
проходимость по аэродромам
сброс грузов на парашютах, автоматика балансировки
обеспечение кучности десантирования (капсулы)
При проектировании должны учитываться вопросы конвертирования гражданских самолетов в военных целях: в самолеты заправщики, в санитарно транспортные самолеты.
Самолеты вертикального взлета и посадки – позволяют существенно снизить затраты на подготовку площадок.
Основная трудность – создание надежной системы стабилизации и управления на переходных режимах.
на систему управления
~10-12% ; для mo
10т.
Принудительное катапультирование;
При увеличении СВВП возможен «барьер размерности».
Т.к. при увеличении линейных размеров в lраз масса увеличивается в l3, моменты инерции в l5, мощность системы управления и масса в l5.
Т.о. потребная мощность и масса системы управления возрастает быстрее, чем масса СВВП и на полезную нагрузку не хватит подъемной силы.
Самолет Т-4 (Су-100)
Разработка мероприятий, позволяющих выполнить специальные требования ТЗ рассматривается на примере обеспечения малого значения ЭПР самолета и снижения его заметности в инфракрасном диапазоне волн.
Обеспечение малой заметности в РЛ диапазоне
Дальность обнаружения самолета радиолокатором зависит не столько от размеров самолета, сколько от уровня так назывемой стелс-технологии, которая применена при его создании (рис. 3-1) [10]. Под стелс-технологией подразумевается комплекс различных конструктивно-технологических мероприятий, обеспечивающих низкий уровень заметности любого аппарата в радиолокационном и инфракрасном диапазоне длин волн, что в конечном итоге повышает боевую эффективность аппарата. Стелс-технология предусматривает, в частности, применение специальных форм поверхностей, радиопоглощающих материалов, покрытий, особых режимов использования бортовой аппаратуры и т.п.
Степень заметности цели на экранах радиолокаторов зависит от уровня РЛ-сигнала, отраженного целью. В качестве критерия, который определяет эффективное рассеяние цели использут параметр эффективная площадь рассеяния (ЭПР), который относится к эквивалентной площади плоской пластинки. Иногда эффективность рассеяния интерпретируется в терминах поперечного сечения эквивалентного изотропного отражателя. В последнем случае эта единица называется радиолокационным поперечным сечением. Как эффективная площадь рассеяния цели, так и радиолокационное поперечное сечение— это количественная мера отношения плотности мощности сигнала, рассеянного в направлении приемника, к плотности мощности радиолокационной волны, падающей на цель с учетом их векторных свойств [11].
Воздухозаборник и выхлопные системы можно отнести к наиболее сложным компонентам в части уменьшения радиолокационного отражения. Они сориентированы по наиболее тактически существенным направлениям: во фронтальной зоне, где противник имеет время, чтобы увидеть приближение самолета и противодействовать ему, и со стороны хвостовой части, области классического выстрела вслед (рис. 3–2, 3–3) [12]. Никак необработанные воздухозаборники и выхлопные тракты часто являются наиболее отражающими частями самолета. Оба этих компонента действуют как переотражающие полости, при том, что воздухозаборник/выхлопной тракт пересылают радиолокационную энергию к отражающим её компрессору/турбине и выбрасывают обратно к радару.
Ключ к сокращению радиолокационного поперечного сечения воздухозаборника состоит в понимании того, как радиолокационные волны перемещаются вдоль каналов воздухозаборников или каналов выхлопных систем. Это в большой степени зависит от отношения частоты, или длины волны, к ширине канала. Когда длина волны более чем вдвое превышает ширину канала, волна слишком велика, чтобы войти и быть отраженной от воздухозаборника (рис. 3–4) [13]. Передача энергии вдоль канала, по существу нулевая. Канал шириной 90 см блокировал бы волны длиной более чем 1,8 м, или с частотой ниже 150 MHz.
Когда волна сокращается до 1-2 калибров (ширины) канала, он становится волноводом и эффективно переносит радиолокационную энергию вдоль изгибов, с небольшой её потерей. В этой зоне радиопоглощающий материалы (РПМ), покрывающий канал, может только пригасить границы волны и оказывает только умеренный эффект.
Длина волны, которая существенно меньше, чем ширина канала, имеет тенденцию перемещаться как в свободном пространстве, отражаясь от стенок подобно лучу света. Если стенка проводящая, потери довольно низки, но если она покрыта РПМ, переотражения вызывают сильное ослабление радиолокационной энергии [13].