Реализация аэродинамического принципа полёта
Аэродинамический принцип создания подъёмной силы можно реализовать либо, используя движение всего аппарата, снабжённого неподвижной несущей поверхностью (крыло у самолёта), либо используя движение отдельных несущих частей ЛА (несущий винт у вертолёта и т.д.).
Среди ЛА, реализующих аэродинамический принцип полёта наибольшее распространение получили: самолёты и вертолёты.
Самолёт(Рис. 6) – ЛА, тяжелее воздуха, у которого подъёмная сила создаётся неподвижным относительно фюзеляжа крылом из-за разницы давлений воздуха на верхней и нижней поверхностей крыла, в результате движения его в воздушной среде под действием тяги силовой установки.
При полёте самолёта со скоростью V возникает подъёмная сила Y, равная силе тяжести G (горизонтальный полёт), вместе с тем возникает и сила, оказывающая сопротивление движению самолёта Х (сопротивление воздушной среды), которая преодолевается силой тяги двигателя Р.
Рис. 6. Силы, действующие на самолет в полете
Таким образом, для совершения горизонтального полёта самолёта необходимо выполнить условия:
Y = G и X = Р.
Экономичность ЛА с точки зрения аэродинамики определяется отношением подъёмной силы к силе лобового сопротивления, называемым аэродинамическим качеством.
К = Y/X = G/P
Аэродинамическое качество ЛА определяется, в основном, его геометрическими параметрами. Физический смысл аэродинамического качества заключён в том, какое расстояние в спокойной атмосфере ЛА без тяги может пролететь с определённой высоты.
Отсюда тяга двигателя, потребная для совершения горизонтального полёта
Pпотр = GX/Y = G/K = mg/K.
Энергетические затраты ЛА, реализующего аэродинамический принцип полёта, на преодоление силы земного тяготения существенно меньше затрат ЛА, реализующего ракетодинамический принцип полёта, для которого Рпотр = mg. У современных дозвуковых самолётов К = 15…18, у сверхзвуковых К = 8…12.
Вертолёт (геликоптер, см. Рис. 7) - ЛА, тяжелее воздуха у которого подъёмная сила и тяга создаются вращающимся винтом (приблизительно в горизонтальной плоскости)
Вертолёт, совершает полёт за счёт подъёмной силы и тяги, создаваемых одним или несколькими несущими винтами, создающими подъёмную силу без поступательного движения ЛА.
 | |
| Рис. 7. Вертолет |
Приведённая выше классификация достаточно условна. Так, ракета, выводящая спутник на орбиту, сочетает ракетодинамический принцип полёта на активном участке с баллистическим принципом на пассивном участке. Самолёт может двигаться по баллистической кривой, при этом в нем будет отсутствовать сила тяжести. Самолёты вертикального взлёта – посадки могут сочетать в себе ракетодинамический принцип при взлёте, висении и посадке с аэродинамическим на режиме крейсерского полёта.
Многоразовые воздушно-космические аппараты сочетают ракетодинамический, баллистический и аэродинамический принципы на разных участках полёта (Рис. 8).
Рис. 8. Многоразовый космический аппарат «Буран»
Вопросы для самопроверки
1. Существующие принципы полета.
2. Достоинства и недостатки разных принципов полета.
3. Аппараты, сочетающие различные принципы полета.
Задание для самостоятельной работы.
1. Нарисовать эскизы летательных аппаратов, использующихбаллистический, ракетодинамический, аэростатический и аэродинамический принципы полетов.
2. Дать основные понятия для каждого принципа полета.
3. Привести примеры аппаратов, использующих каждый принцип полета.
Работа №2
Основные агрегаты самолёта
Основные агрегаты самолёта
Агрегат – это конструктивно законченная часть ЛА, воспринимающая внешние нагрузки.
Рис. 9. Основные агрегаты самолета
Фюзеляж служит для размещения в нём кабины экипажа, полезной нагрузки, пассажиров, топлива, различного оборудования и систем самолёта. В фюзеляже может размещаться шасси и двигатели. Являясь строительной основой конструкции, он объединяет в силовом отношении в единое целое все его части. Фюзеляжи различных самолетов различаются по размерам, расположению экипажа (пассажирский и истребитель), наличию люков для загрузки грузов, дверей для посадки пассажиров и т.д.
Крыло– несущая поверхность самолёта, служащая для создания аэродинамической подъёмной силы, необходимой для обеспечения полёта и маневров самолёта. Крыло принимает участие в обеспечении поперечной устойчивости и управляемости самолёта и может быть использовано для крепления шасси, двигателей, для размещения топлива, вооружения и т.п.
Классификация самолетов:
- по количеству крыльев:
· моноплан - одно крыло, самолёты, имеющие одну несущую плоскость: свободнонесущий моноплан, парасоль, подкосный моноплан, расчалочный моноплан, прямая чайка и обратная чайка;
· биплан – два крыла, самолёты с двумя несущими плоскостями: свободнонесущий биплан, стоечный биплан, расчалочно-стоечный биплан, полутороплан;
· полиплан (многоплан), самолёты с тремя и более несущими плоскостями;
- по расположению крыла относительно фюзеляжа: высокоплан, среднеплан, низкоплан.
Классификация крыльев по форме в плане:
· прямые: прямоугольные, эллиптические, параболическое, трапециевидные, ромбовидные, и др;
· стреловидные: прямой стреловидности, обратной стреловидности, изменяемой стреловидности и др.;
· треугольные: с острыми концами, со срезанными концами, с наплывом, оживальные и др.;
· кольцевые, круглые, раздвижные, арочного типа, сочленённые, крыло Рогалло и др.
Крылья современных самолетов снабжаются средствами механизации (закрылками, щитками, предкрылками, отклоняемыми носками и др.), служащей для улучшения взлетно-посадочных характеристик самолёта. Так же на крыле размещают элероны, интерцепторы и др.
Элероны -отклоняемые поверхности, расположенные на задней кромке крыла, ближе к его концам, отклоняющиесядифференциально, являются органом поперечного управления самолетом.
На самолетах схемы «Бесхвостка» и «Летающее крыло» для поперечного и продольного управления применяются
элевоны – отклоняемые поверхности, расположенные на задней кромке крыла, которые могут работать в режимеэлеронов и рулей высоты.
Механизациейкрыла называют синхронно отклоняемые поверхности, позволяющие изменять величину аэродинамических коэффициентов, позволяющая увеличивать Су крыла при взлете и на посадке, имеет особо важное значение, поскольку дает возможность существенно сократить длину разбега при взлете и уменьшить посадочную скорость и, следовательно, длину пробега при посадке.
На современных самолетах для увеличения Су устанавливают закрылки – расположенные в хвостовой части крыла, а также предкрылки или отклоняющийся носок, расположенные в носовой части крыла.
Флапероны - отклоняемые поверхности, расположенные на задней кромке крыла, которые могут работать в режимеэлеронов и в режиме закрылков.
Интерцепторы - отклоняемые поверхности, расположенные на верхней поверхности крыла перед закрылками, ближе к концам крыла, используемые для поперечного управления, отклоняются по одному только с той стороны, в которую необходимо создать крен.
Тормозные щитки- отклоняемые поверхности, расположенные на верхней поверхности крыла перед закрылкамиближе к борту фюзеляжа, отклоняемыесинхронно, повышают эффективность торможения колес при посадке и сопротивление.