Объемная компоновка и центровка самолета

Задачи объемной компоновки и центровки проектируемого самолета указаны в [I, с. 203].

Проработка объемно-весовой компоновки ведется с помощью масштабного эскиза самолета, центровочной ведомости и центровочной схемы.

Основой для этой проработки служат:

- чертеж (в тонких линиях) общего вида проектируемого самолета;

- функциональный состав (весовая сводка) самолета;

- весовые и геометрические характеристики самолетов-прототипов.

Для решения задач объемно-весовой компоновки в дипломном проекте необходимо придерживаться следующего порядка:

1. Выполнить масштабный эскиз самолета.

Эскиз целесообразно выполнять на пергаментной бумаге или миллиметровке в масштабе чертежа общего вида самолета (снять копию всех трех проекций, разрешается «от руки»).

Эскиз рекомендуется включить в пояснительную записку как рабочий материал, обосновывающий принятые решения.

2. Составить центровочную ведомость самолета. В дипломном проекте в центровочную ведомость разрешается включать только основные агрегаты, системы и грузы согласно таблице 3.4.

3. На основе полученных ранее геометрических характеристик проектируемого самолета и характеристик самолетов-прототипов (см. схемы, чертежи и другую информацию) определить необходимые размеры главных отсеков проектируемого самолета, а именно:

- кабины экипажа (см., например, [ I, с. 215]);

- целевой нагрузки (см., например, [I, с. 238-249], размеры пассажирских салонов и грузовых отсеков определять для каждого салона и отсека отдельно);

- топливных баков в крыле (см., например, [I, с. 366]) и отдельно, в фюзеляже;

- двигателей, размещенных внутри фюзеляжа или крыла;

- оборудования и других систем и агрегатов, оказывающих существенное влияние на размеры фюзеляжа, гондол, крыла (объемы и размеры можно принять по самолетам-прототипам).

4. На проекции масштабного эскиза нанести контуры всех частей самолета, включенных в центровочную ведомость. Контуры агрегатов, систем, грузов разрешается наносить «от руки», но с точным соблюдением габаритных размеров (контуры топливных баков выделить штриховкой; в пассажирских салонах указать лишь первый и последний ряды кресел).

Таблица 3.4

Центровочная ведомость

№ п/п	Агрегат, система, груз	Gi, даН	Х i, м	Gi Хi , даН м
	I. Конструкция
	Крыло
	Фюзеляж
	Горизонтальное оперение
	Вертикальное оперение
	Передняя стойка шасси
	Главные стойки шасси
	II. Силовая установка
7а	Двигатели (с мотогондолами) средние
7б	Двигатели (с мотогондолами) крайние
7в	Другие составляющие С.У.
	III.Оборудование и управление
8а	Оборудование в носовом отсеке
8б	Оборудование в среднем отсеке
…
	IV. Снаряжение
9а	Экипаж (включая стюардесс)
9б	Специальное оборудование
	Пустой снаряженный самолет
	V. Топливо
10а	В крыле
10б	В центроплане
10в	В фюзеляже
…	VI. Целевая нагрузка
11а	Целевая нагрузка в переднем отсеке
11б	Целевая нагрузка в среднем отсеке
11в	Целевая нагрузка в заднем отсеке
…
	Сумма	S Gi		S GiХi

5. Определить (в дополнение к пункту 3) веса всех частей самолета, входящих в центровочную ведомость и внести их в таблицу. Сумма весов должна равняться взлетному весу самолета, подсчитанному во втором приближении.

6. На масштабном эскизе определить положения ц.т. всех частей самолета.

Положения ц.т. частей планера можно принимать:

- для крыла ……………….. (0,40 … 0,45) САХ;

- для фюзеляжа…………… (0,50 … 0,60) ι_ф;

- для оперения……….......... 0,5 САХ_оп;

- для шасси … принимать на уровне верхнего края колес (при стоянке).

Положения ц.т. топливных баков и ц.т. целевой нагрузки обусловливаются размерами и конфигурацией соответствующих отсеков, салонов, подвесок и т.д.

Положения ц.т. остальных частей, вошедших в центровочную ведомость самолета, принимать приблизительно.

7. Выполнить центровочную схему. Центровочная схема представляет собой боковую проекцию самолета, над которой указана САХ. На схеме изображаются принятая система координат, контуры и положения ц.т. частей самолета, включенных в центровочную ведомость (контуры топливных баков выделить штриховкой или желтым карандашом). Координаты ц.т. частей самолета на центровочной схеме указываются в соответствии с их порядковым номером в центровочной ведомости (х₁, х₂, … , х_10а , х_10би т.д.) а их численные значения заносятся в таблицу.

Рис. 3.2 Центровочная схема

Центровочная схема выполняется на миллиметровой бумаге в масштабе, удобном для расчета центровки (форматом не менее 420x297), подписывается студентом и руководителем дипломного проекта и включается в пояснительную записку.

Пример оформления центровочной схемы показан на рисунке 3.2.

8. Определить диапазон потребных предельно задних и предельно передних центровок для самолетов данного типа. Предельно задняя центровка самолета должна обеспечивать равенство:

Положение фокуса самолета на дозвуковых скоростях полета см. раздел 3.5.1.

Степень продольной статической устойчивости на дозвуковых скоростях в дипломном проекте можно принимать:

= - (0,20 … 0,24) — пассажирские самолеты с двигателями на хвостовой части фюзеляжа;

= - (0,12 … 0,16) — пассажирские и транспортные самолеты с двигателями на крыле;

= - (0,04 … 0,07) — сверхзвуковые неманевренные самолеты;

= - (0,02¸0,05) — маневренные самолеты.

Для маневренных самолетов, неустойчивых при М<I :

= + (0,02 … 0,05) — нормальная схема и «бесхвостка»;

= + (0,05 … 0,10) — схема «триплан»;

= + (0,10 … 0,20) — схема «утка» с крылом прямой

стреловидности;

= + (0,15 … 0,30) — схема «утка» с крылом обратной

стреловидности.

Предельно передняя центровкадолжна обеспечивать возможность балансировки самолета на взлете или посадке при отклоненной механизации крыла.

В дипломном проекте можно принимать:

где = 0,03 — маневренные самолеты; = 0,15 — неманевренные самолеты.

Подробнее взаимная оптимизация допустимого диапазона центровок и размеров ГО исходя из обеспечения устойчивости и балансировки самолета описывается в методических рекомендациях (см. [ 2]).

9. Выполнить расчет центровки самолета (определить эксплуатационные положения ц.т. самолета для случаев загрузки, характерных для данного типа самолетов).

Допустимый минимум расчетных случаев следующий:

- полностью загруженный самолет (взлетный вес);

- пустой снаряженный самолет (без целевой нагрузки и топлива);

- предельный посадочный случай (целевая загрузка на борту; топлива нет);

- перегоночный случай (полный запас топлива; целевая нагрузка отсутствует).

В дипломном проекте положение ц.т. самолета определяется только по оси ОХ (по оси ОY — принимается приблизительно). Координата ц.т. самолета будет, очевидно, равна:

х_цт = ,

а значение центровки (относительно носка САХ) определится по следующей формуле:

,

где Х_А - расстояние от начала координат (носка фюзеляжа) до носка b_А.

Из указанных выше расчетных случаев выбрать наиболее заднее и наиболее переднее эксплуатационное положение ц.т. самолёта; если они попадают в диапазон потребных центровок (см. пункт 8), то их и принять за и проектируемого самолета.

Если же и не попадают в диапазон потребных центровок, то студент должен провести коррекцию компоновки самолета, т.е. передвинуть наиболее тяжелые грузы, топливо и т.д., либо передвинуть крыло относительно фюзеляжа (наиболее радикальный метод коррекции), достигнув таким образом выполнения требований центровки самолета.

10. Внести необходимые исправления в центровочную ведомость (если выполнялась коррекция компоновки) и окончательно доработать чертеж общего вида самолета (центровочную схему разрешается не исправлять).