Требование предъявляемые к летательным аппаратам и их классификация

Самолет должен иметь заданные летные характеристики:

1. скорость

2. дальность и продолжительность полета

3. скороподъёмность

4. высоту полета

5. как можно меньше посадочную скорость

6. хорошую устойчивость и управляемость при обеспечении безопасности полета.

Как средство транспорта летательный аппарат должен иметь хорошие экономические показатели то есть малую стоимость производства в целом низкие эксплуатационные расходы большую продолжительность службы обладать достаточной прочностью и жесткостью высокой живучестью и надежностью. Эксплуатационные требования выключают обеспечения удобных подходов к двигателям узлам управления агрегатом и другому оборудованию. Требования ремонтной пригодности сводится к обеспечению возможности быстро и дешево восстанавливать и износившиеся части и детали от пассажирских летательных аппаратов требуется удобство размещения пассажиров обеспечения их комфорта создание наиболее благоприятных условий доя жизнедеятельности человек кого организма. Значительное влияние на летно-технические показатели летательных аппаратов и безопасность полетов на всех необходимых летных режимах оказывает аэродинамическое компоновка под которой понимают рациональный выбор внешних форм и взаимного расположения крыла оперения фюзеляжа и силовой установки.
Основной признак классификации летательных аппаратов их назначения так как оно в первую очередь определяет летно-технические данные внешние формы основные размеры насыщенность оборудования итд. Все самолеты и вертолеты делятся на гражданские и военные. Особую группу составляют экспериментальные самолеты и вертолеты. Гражданские самолеты и вертолеты подразделяются на:

1. транспортные

2. специального примирения

3. учебные

Транспортные перевозят пассажиров почту и различные грузы и поэтому подразделяются на: 1. пассажирские
2. грузовые
Часто один и тот же тип бывает пассажирским и грузовым отличаясь только оборудование ( ан 24 пассажирский ан 26 грузовой).
Гражданские Самолеты в зависимости от дальности полета подразделяются на самолеты:

a) местных воздушных линий (МВЛ) с дальностью до 1000 км;

b) для авиалиний малой протяженностью до 2000 км;

c) для авиалиний средней протяженности до 6000 км;

d) для авиалиний большой протяженности до 10000 км;

e) для авиалиний дальней протяженности более 10000 км.

В зависимости от максимальной взлетной массы летательным аппаратам присваивают классы:

1. самолеты массой более 75 тонн и вертолеты более 10 тонн

2. самолеты с массой от 30 до 75 тонн и вертолеты массой от 5 до 10 тонн

3. самолеты массой от 10 до 30 тонн и вертолеты от 2 до 5 тонн

4. самолеты массой до 10 тонн и вертолеты массой до 2 тонн

Грузовые самолеты и вертолеты от пассажирских отличаются отсутствием бытового оборудования обеспечивающая необходимые удобства пассажирам увеличенными размерами грузовых помещений наличием больших грузовых дверей более прочным полом установкой на борту устройств механизирующих погрузку и разгрузку такие летательные аппараты обладают большей грузоподъемностью и экономичностью.

Летательные аппараты специального применения выполняют различные задачи по обеспечению потребности экономики страны и отличаются от транспортных особым оборудованием а в о дельных случаях большей емкостью баков для топлива.

Учебные летательные аппараты предназначены для обучения техники пилотирования и самолетовождения.

Схемы самолетов

Все самолеты можно объединить в группы различающейся по следующим конструктивным признакам:

1. числу и расположению крыльев

2. типу фюзеляжа

3. форме и расположения оперения

4. количеству и расположению двигателей

5. конструкции и расположению шасси

Схема самолета в большой степени влияет на летные весовые и эксплуатационные качества самолета.

По числу крыльев различают:
- монопланы это самолеты с одним крылом
- бипланы самолеты с двумя крыльями расположенными одно над другим.

Бипланы у которых одно крыло короче другого получили название полуторопланом. На заре развития авиации встречались самолеты с тремя несущими поверхностями(трипланы) и даже пятипланы. Биплан маневреннее моноплана так как при одинаковой площади крыльев размах и их длина оказываются меньшими у биплана. Основной недостаток биплана большая чем у моноплана лобовое сопротивление которое затрудняет дальнейший рост скоростей. В современной авиации бипланы встречаются редко подавляющее большинство современных самолетов выполняется по схеме моноплана. В зависимости от расположения крыла относительно различают самолеты низким (низкоплан) средним(среднеплан) и высоким (высокоплан) расположение крыла. При низком расположении крыла конструктивно проще расположить оперение выше крыла и вывести его из зоны затенения воздушным потоком сбегающим с крыла. Кроме того при этом высота стоя шасси получается не большой что позволяет уменьшить массу шасси. Однако низкоплан с аэродинамической точки зрения из-за взаимного влияния крыла и фюзеляжа менее выгоден к тому же нижнее расположение крыла лает плохой обзор из окон пассажирских кабин. Самолеты со средним расположением крыла в современной авиации получают все большее распространение так как у них взаимное влияние крыла и фюзеляжа определяющая общее сопротивление самолета наименьшее. Недостаток этой схемы это необходимость прокладывать продольные элементы крыла через фюзеляж что затрудняет размещение в этом месте грузооборудования и пассажиров. Самолеты с высоко расположенным крылом отличаются следующими преимуществами:

a) высокая расположение двигателей от поверхности взлетно-посадочной полосы уменьшает возможность попадания в них твердых частиц с поверхности аэродрома

b) простота загрузки и разгрузки самолета

c) хороший обзор вниз из окон пассажирских кабин

Для летающих лодок высокое расположение крыла наиболее рационально. К недостаткам схемы относятся:

a) трудность уборки шасси крыло

b) утяжеление конструкции шасси и фюзеляжа для обеспечения безопасности при посадке с убранными шасси

c) сложность обслуживания двигателей и крыла заправки топливных и масляных баков

Самолеты с высоко расположенным крылом получили широкое распространение в транспортной авиации для перевозки грузов.
Пот типу фюзеляжа самолеты подразделяются на несколько видов. Подавляющее большинство современных самолетов имеют фюзеляжи которые служат не только для размещения экипажа пассажиров оборудования и грузов но идея крепления крыла и оперения. Фюзеляжа не несущие оперения называют гондолами. Оперения в этом случае поддерживается двумя балками а самолеты при этом называют двухбалочными. Такая схема удобна для грузовых самолетов так как задней части гондолы устанавливаются большие люки для погрузки крупногабаритных грузов. У самолетов может быть 2 фюзеляжа и не быть фюзеляжа совсем. Самолет без фюзеляжа называется "летающим крылом" фюзеляж заменяет вмонтированная в крыло гондола если масса самолета небольшая и не удается разместить все грузы в толщине крыла. Если же самолет имеет большие размеры то функции фюзеляжа выполняет само крыло.
По расположению оперения различают:

1. самолеты у которых оперения (горизонтальные стабилизаторы и руль высоты вертикальные и руль поворота) размещаются позади крыла

2. самолеты типа утка у которых горизонтальное оперения располагается впереди крыла

3. самолеты типа безхвостка и летающее крыло у которых оперение находится на крыле

Наибольшее распространение получили самолеты с расположением оперения позади крыла. Оперения может быть однокелевым многокелевым и V образным наибольшее распространен е в настоящее время получила однокелевое оперения. По типу шасси самолеты подразделяются на:
- сухопутные
- гидросамолёты
- амфибии
Шасси сухопутных самолетов бывает колесным лыжным и гусеничным последняя встречается редко. Иногда в конструкции шасси предусмотрено возможность замены колес лыжами также шасси необходимо только при взлете посадки и руление но в полете для уменьшения лобового сопротивления желательно убирать его крыло или фюзеляж.
Гидросамолёты бывают:
- лодочные
- поплавковый
У лодочных фюзеляж служит для размещения экипажа пассажиров грузов и оборудования а также взлета с водной поверхности и посадки на нее.
У гидросамолётов поплавковый для взлета и посадки служат специальные поплавки. Колесное шасси самолетов могут быть по схеме с хвостовой или передней опорой и велосипедного типа. По типу двигателей самолеты можно разделить на:
- поршневые
- турбовинтовые
- реактивные
А по количеству двигателей на:
- одно
- двух
- трех
- четырех
- шести
- восьми двигательные

Типы и количество двигателей влияют на их размещение на самолете. Важно так их разместить чтобы не нарушались нужные аэродинамические формы крыла и фюзеляжа а также изменение тяги не оказывало бы существенного влияния на балансировку и устойчивость самолета. Размещение двигателя должно обеспечивать хороший подход в агрегатам при техническом обслуживание а также простоту его замены. Поршневые и турбовинтовые двигатели чаще всего располагаются на крыле (у многомоторных самолетов а также в носовой части и над фюзеляжем. В основном у гидросамолётов где требуется удалить двигатели и воздушный винт от поверхности воды). Реактивные двигатели могут располагаться внутри фюзеляжа внутри крыла либо под крылом в хорошо обтекаемых гондолах и фюзеляжах. Размещение двигателя полностью внутри крыла возможно только на самолетах больших размеров и с не очень тонким крылом при размещении двигателей внутри крыла у самолетов сохраняются достаточно хорошее аэродинамические формы. Большое количество самолетов имеет двигатели расположенные с боков фюзеляжа в хвостовой его части. Такое расположение имеет ряд преимуществ по сравнению с расположением двигателей на крыле:

a. уменьшается разворачивающий момент при отказе части двигателей

b. на крыло имеет высокое аэродинамическое качество

c. значительно снижается шум в пассажирской кабине так как источник шума двигателем удалены назад о полету

Недостатки такого расположения двигателей это:

a. более усиленое а значит более тяжелое хвостовая часть фюзеляжа

b. удлинение коммуникации управление двигателем

c. ухудшение путевой устойчивости в следствии удлинения носовой части фюзеляжа

Схемы вертолетов

Классифицировать вертолеты можно по различным признакам например:
- по виду привода несущего винта
- числу винтов их расположению или методу компенсации реактивного момента несущего винта
Реактивный момент возникает при вращении несущего винта. Он разворачивает корпус вертолета в сторону противоположную направлению вращения винта. Рви одинаковой мощности двигателей реактивный момент у вертолета значительно больше чем у самолета так как несущий винт вертолета делает 200-250 оборотов в минуту а вино самолета 2000-2500 об/мин. По способу компенсации реактивного момента несущего винта различают 6 основных схем вертолета по схемам самолета:

1. одновинтовая схема с рулевым винтом предложено конструктором Юрьевым в 1910 году и в настоящее время имеет наибольшее распространение. Реактивный момент несущего винта компенсируется моментом от тяги развиваемой винтом меньшего диаметра который устанавливается хвостовой части фюзеляжа. Хвостовой винт приводится во вращения тем же двигателем который вращает и несущий винт через трансмиссию. Трансмиссия включает в себя редукторы валы и муфты. Тяга рулевого винта а значит и момент создаваемый ею могут изменяться чт и используется для путевого управления вертолетом. Существует вертолеты у которых для компенсации реактивного момента вместо рулевого винта используется реактивная тяга газодвигателей или воздуха от компрессора однако такие Схемы не. Получили широкого распространения главным образом из за потери управляемости аппарата во время его снижения авторотирующего несущим винтом при отказе двигателя а также в следствии значительных потерь мощности двигателя в полете.

2. вертолеты с аостной схемой имеют 2 противоположно вращающихся на одной оси с одинаковой частотой винта расположенных друг над другом. Поскольку геометрически размеры форма лопастей углы атаки и частота вращения верхних и нижних винтов одинаковы то реактивные моменты их взаимно уравновешивается. Путевое управление осуществляется дифиринцеальным изменением углов установки лопастей верхнего и нижнего винтов на едущих винтах при этом возникает разность крутящих моментов что приводит к повороту корпуса вертолета требуемую сторону. Часто для улучшения путевого управления вертолеты с аостной схемой снабжаются рулями поворота действия которых подобно действию аналогичных рулей на самолете.

3. вертолеты продольной схемы. Выполняются с двумя несущими винтами установленные на концах фюзеляжа. В полете он вращаются с одинаковой частотой но в противоположенные стороны в следствии чего взаимно уравновешивается их реактивные крутящие моменты. Для избежания в полете вредного влияния переднего винта на задний плоскость вращения последнего располагается выше плоскости вращения переднего винта. Обычно расстояние между осями несущих винтов меньше их диаметров. В таком случае говорят, что винты работают с перекрытием. Для предотвращения столкновения лопастей обязательны синхронизации вращения винтов необходимая для взаимного уравновешивание крутящих моментов.

4. вертолеты двухвинтовой поперечной схемы. Имеют 2 несущих винта разнесены е по бокам фюзеляжа. Винты вращаются противоположено направления с одинаковой частотой в следствии чего уравновешивается реактивные крутящие моменты. У вертолетов поперечной схемы для крепления несущих винтов рационально применять крыло которое в полете с поступательной скоростью разгружает несущие винты. Для уменьшения поперечных размер вертолета несущие винты иногда устанавливают на фюзеляже очень близко друг к другу.. В этом случае вращающиеся лопасти проходят под втулкой соседнего винта но их оси вращения наклонены. Такие вертолеты получили наименование двухвинтовых вертолетов поперечной схемы с перекрещивающимися винтами. Этой схеме должна быть обеспечена надежная синхронизация вращения винтов полностью исключающая возможность столкновения лопастей.

5. много винтовая схема. Римлян тебя на вертолетах с большой полетной массой сложность конструкции трансмиссии и управления пока ограничивает возможность создания вертолета с числом несущих винтов более 2 но всё же с определенной долей оптимизма можно ожидать конструкции вертолетов с 3 и 4-мя несущими винтами способными перевозить грузы с массой от 70 до 100 тонн она расстояние 100-200 километров. Для перевозки более тяжелых грузов предпочтительней представляется схема сочетающая преимущество вертолета и дирижабля.

6. вертолеты с реактивными двигателями. Имеют на лопастях несущего винта небольших размеров реактивные двигатели или сопла к которым по трубопроводам находящимся внутри лопастей подходят либо продукты сгорания реактивного двигателя расположенного в фюзеляже либо сжатый воздух от компрессора в результате при истечении продуктов сгорания или воздуха возникает реактивная тяга которая вращает несущий винт. В следствии того что крутящий момент создается непосредственно на несущим винте реактивный момент на корпус вертолета не передается. Каких либо устройств для уравновешивание крутящего момента не требуется и по этому реактивные вертолеты изготавливают по наиболее простой одновинтовой схеме. У таких вертолетов нет необходимости установки большой и громоздкой трансмиссия для передачи мощности на винт. По этим причинам реактивные вертолеты с сравнениями с вертолетами с механическим приводом несущего винта имеют более простую конструкцию большой полезной объем грузовых и пассажирских кабин и лучшую весовую отдачу. Однако при создании реактивных вертолетов возникает следующие трудности:

A. сложность создания малогабаритных реактивных двигателей устойчиво работающих больших центробежных сил

B. большой расход топлива

C. двигатели и сопла установленные на лопастях ухудшают аэродинамические характеристики

D. несущего винта что особенно сказывается в режиме авторатации

E. сложность конструкции втулки и лопасти несущего винта с компрессорным приводом

Некоторые конструкции реактивных вертолетов имеют хвостовые винты но они служат для обеспечения путевого управления и по этому имеют небольшие размеры и потребляют небольшую мощность.