Классификация и схемы самолётов. Лётно-технические данные (ЛТД) самолётов.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ.
(Конспект лекций)
Часть I
Сост.: Петренко А.В.
Алматы 2014
Тема 1. Основные сведения о самолётах и вертолётах.
Основные этапы развития гражданской авиации.
Направления НТП в ГА.
Полёт на аппарате легче воздуха называется воздухоплаванием, полёт на аппарате тяжелее воздуха есть авиация (от латинского слова аvis-птица). Современные летательные аппараты (ЛА) делятся на 3 группы:
1 Планеры, самолёты, самолёт-снаряд - подъёмная сила создаётся
неподвижным крылом при поступательном движении ЛА.
2 Винтонесущие аппараты - подъёмная сила создаётся вращением
несущего винта.
3 Ракеты - полёт за счёт реактивной тяги по закону брошенного тела.
Начало создания безмоторных ЛА тяжелее воздуха с 50-х годов X I X столетия.
М.В. Ломоносов в 1754г на модели практически доказал возможность полёта на винтокрылых аппаратах.
В 1881г А.Ф. Можайский (русский морской офицер) построил первый самолёт,
который пролетел 200 метров и получил патент.
В 1891-96г.г. О. Лилиенталь (немецкий учёный) спроектировал и облетал свой самолёт.
17 декабря 1903г был произведён первый успешный полёт с двигателями внутреннего сгорания на самолёте братьев У. и О. Райт в США.
В России научную базу самолётостроения создали учёные:
Н.Е.Жуковский (1847- 1921 г).
С А. Чаплыгин (1869 - 1942 г).
К.0. Циолковский (1857 - 1935 г).
1908- 1909 годы - начало самолётостроения в России.
Группа И.И. Сикорского создаёт самолёты: "Русский витязь", "Илья Муромец",который не имел равных в мире (G с-та = 5000 кг G груза = 1760кг, L полёта = 760 км).
1910 г Б.Н. Юрьев впервые в мире разработал схему одновинтового вертолёта.
1902 г при Московском университете по инициативе Н.Е. Жуковского была
построена одна из первых в Европе аэродинамическая труба.
1904-1906г. создан аэродинамический институт под Москвой.
К концу первой мировой войны скорости полёта самолёта достигли 200-220 км \ч, высота полета - 7 км.
1918 г создан ЦАГИ (центральный аэрогидродинамический институт).
1922 г - создана Академия ВВС им Н.Е. Жуковского.
9.02.1923 г - в России образован Совет по ГА - этот день отмечают, как
день рождения ГА.
17.07.1923 г - первая авиалиния Москва - Нижний Новгород.
1923 г первый моноплан АНТ-1 Туполева.
1924 г-АНТ-2, П-1, ПС-9, ПС-40, П-5, Сталь-2, ПО-2.
1925 1929 г-АНТ-9.
1931 г - АНТ-14.
1933 г. - АНТ-20 "Максим Горький", АНТ-25.
С 1933 г-18 августа отмечается как день Воздушного флота.
1934 г. - спасение экспедиции челюскинцев.
Пилоты Л.В. Ляпидевский, С.А. Леваневский, М.С. Молоков, Н.П. Каманин. М.Г. Слепнёв - за спасение экспедиции первыми получили звание героев Советского Союза. 1937 г на самолёте АНТ-25 В.П.Чкалов и М.И.Громов совершили беспосадочный перелёт в Америку через северный полюс из Москвы.(L= 8504 км, за t = 63часа 25 мин.)
На АНТ-6 М.В. Водопьянов высадил полярную экспедицию СП -1.
До Великой Отечественной войны (ВОВ) нашими лётчиками установлено 62 мировых рекорда.
1941 – 1945 годы пилоты ГА участвуют в B0B.
1945-1950 годы - на воздушные линии выходят самолёты ИЛ-12, ИЛ-14, АН-2, ЯК-12.
1956 г. - первый реактивный пассажирский самолёт ТУ-104
(V = 800 - 900 км \ч, 50 -100 пассажиров).
1957-59 - АН-10, АН-12, ИЛ-18, ТУ-114 затем АН-24,1У-134, ТУ-154,
ИЛ-62, ЯК-40, ИЛ-76.
1980г - ИЛ-86, ЯК-42.
Если ИЛ-18 (G0=64 т, G Гр=13,5т, 100 пасс., L= 4700 км, Vkp=625 km\4) , то ИЛ-62 (G0 = 160 т, Gгр = 23 т, 200 пасс., L = 7700, Vkp = 880-900 km/ч).
Новые самолёты ИЛ-96-300, ТУ-204,ИЛ-114.
1970 г - вступление в ИКАО.
Направления научно-технического прогресса (НТП) в ГА.
Программа предусматривает внедрение в эксплуатацию нового поколения самолётов, Ту-204, Ил-96-300, Ил-114 с топливной эффективностью на уровне лучших мировых зарубежных аналогов.
В перспективе массовое внедрение ближних и средних магистральных самолётов с турбо - винто - вентиляторными двигателями. НТП в области эксплуатации предусматривает:
- разработку научно - теоретических основ технической эксплуатации (ТЭ);
- оптимизацию содержания и объёма работ по техническому обслуживанию и ремонту авиационной техники (ТОиР);
- развитие производственной и материально-технической базы эксплуатационных и ремонтных предприятий, разработку и внедрение средств механизации технического облуживания (ТО), методов и средств диагностики и неразрушающего контроля;
- совершенствование форм организации и управления процессами ТОиР.
Повышение уровня концентрации и специализации производства будет обеспечено за счёт каврдинального изменения существующей схемы базирования самолётов, путём широкого внедрения кооперированного метода ТОиР.
Получит развитие интеграция ТОиР летательных аппаратов (ЛA) за счёт создания крупных центров ТОиР AT, АСУ воздушным движением, оснащение аэропортов современными радионавигационными и электронными комплексами.
УВД - системы предупреждения столкновения самолётов, спутниковая
система навигации, связи, наблюдения.
Автоматизированная система обмена информацией по каналам " земля - воздух - земля".
Капиталовложения осуществляются в создание и совершенствование аэродромной сети, аэровокзальных комплексов, топливообеспечения.
1.2. Требования, предъявляемые к конструкции самолёта и вертолёта.
Требования зависят от конкретного назначения самолёта. Основные требования с точки зрения обеспечения безопасности полётов (БП), регулярности вылетов, экономичности эксплуатации, обеспечения комфорта:
Безопасность полётов обеспечивается:
- энерговооружённостью самолётов и вертолётов за счёт установки 2 -3 и
более двигателей;
- механизацией крыла, обеспечивающей хорошие взлётно-посадочные характеристики (ВПХ);
- правильным расчётом прочности и живучести конструкции с учётом
возможных эксплуатационных нагрузок;
- противопожарными конструктивными мероприятиями, наличием систем
сигнализации о пожаре (ССП) и противопожарного оборудования (ППО);
- дублирование важнейших функциональных систем, устройств;
- эффективными противооблединительными системами (ПОС);
- оснащение пилотажно-навигационным и связным оборудованием,
обеспечивающим выполнение полёта в любое время года и суток;
- оборудование пассажирских кабин аварийно-спасательным
оборудованием для быстрого покидания самолёта в аварийных ситуациях.
Экономичность эксплуатации достигается:
- наибольшей весовой отдачей Gкомм / Gс-та
- возможностью варьирования полезной нагрузкой (пассажиры <=> груз);
- увеличение налёта на списочный состав самолётов, вертолётов;
- улучшение топливной эффективности;
- увеличение Vкp (крейсерской скорости), т.е. оборачиваемости самолётов;
- применение передовой технологии и организации перевозочного
процесса для снижения его стоимости;
- сокращение числа членов экипажа;
- сокращение трудоёмкости, продолжительности, стоимости ТОиР.
Комфорт пассажиров обеспечивается:
- просторными салонами, оборудованными в соответствии с эстетическими и техническими требованиями;
- эффективной системой кондиционирования воздуха (СКВ), системой
автоматического регулирования давления (САРД) в гермокабине (ГК) во всём диапазоне высот полёта самолёта;
- удобными пассажирскими креслами, со съёмными столиками,
индивидуальным освещением, вентиляцией, сигнализацией, радиофикацией;
- необходимой тепло- звукоизоляцией;
- полётами на больших высотах без "болтанки";
- оборудование буфетами, гардеробами, туалетами, другим бытовыми
помещениями.
К грузовым самолётам особые требования:
- максимальная грузоподъёмность полезного груза, увеличением размеров грузовых отсеков, грузовых дверей;
- надёжное крепление (швартовка) грузов;
- механизации погрузки, разгрузки.
Многие требования находятся в противоречии друг с другом, т. е. улучшение одних характеристик влечёт ухудшение других:
1. ↑Vкр→ ↑Vпос → приводик к ухудшению маневренных свойств.
2. ↑ увеличение прочности, жесткости, живучести→ ↑Gс-та ↓Gкомм
3. Lполета → ↓Gкомм
Поэтому проводится оптимизация этих требований для достижения выполнения поставленных задач перед конкретным самолётом - вертолётом.
Классификация и схемы самолётов. Лётно-технические данные (ЛТД) самолётов.
Многообразие типов самолётов и их использование классифицируются по различным признакам:
| - по взлетной массе Gвзл mах |
| класс | Взлётная масса | Тип ЛА |
| Более 75 т | Ил-96, Ил-86, Ил-76, Ил-62, Ту-204, Ту-154.В-747 | |
| 30 - 75т | Ил-114, Ил-18, Ту-134, Як-42, В-737 | |
| 10-30 | Ан-24(26,30), Як-40 | |
| до 10 т | Ан-2, Л-410 |
- дальности полёта Lпол
|
- по назначению, которое определяет выбор лётно-технических
характеристик (ЛTX), размеры, компоновку самолёта, состав оборудования и др.
Основное назначение ГА это перевозка пассажиров, грузов и другие задачи. Поэтому самолёты подразделяются на:
- транспортные: включающие - пассажирские;
- грузовые;
- специального назначения: - сельскохозяйственные;
- санитарные;
- охраны лесов от пожаров;
- для аэрофотосъёмок.
- учебные - служат для подготовки и тренировки лётного состава в учебных заведениях ГА.
Грузовые самолёты имеют большие внутренние объёмы в фюзеляже, прочный пол, средства механизаиии погрузочно-разгрузочных работ.
- по конструктивным признакам:
1) количество и расположение крыльев:
а) биплан;
б) моноплан: - верхнеплан;
- среднеплан;
- низкоплан.
2) тип фюзеляжа: а) однофюзеляжный: - узкофюзеляжный,
- широкофзеляжный.
б) двухфюзеляжный;
в) летающее крыло.
3) тип шасси: а) сухопутные: - лыжные, гусеничные, колёсные – схема компоновки с хвостовой опорой, с передней опорой, велосипедного типа;
б) амфибии: - лодочного
- поплавкового.
4) тип и расположение оперения:
а) бесхвостые (летающее крыло);
б) типа "утка" (переднее расположение);
в) хвостовое: - однокилевое;
- многокилевое;
- с V-образным оперением.
5) двигатели, их расположение и количество:
а) поршневые двигатели (ПД),
б) турбовинтовые двигатели (ТВД),
в) турбореактивные двигатели (ТРД) -
- все эти двигатели имеют схему компоновки: одномоторные, двухмоторные, трёхмоторные, многомоторные.
Расположение: - под крылом;
- над крылом;
- в крыле;
- в хвостовой части фюзеляжа.
Биплан.
Достоинство:
-лучшая маневренность, т. к. при равной площади крыла ( Skp )- размах меньше.
Недостатки:
-большое лобовое сопротивление Xлоб из-за наличия межкрыльевых стоек и расчалок, как результат - скорость полёта мала.
Моноплан с низким расположением крыла
- самолёт у которого крыло закреплено в нижней части фюзеляжа (НИЗКОПЛАН).
Достоинство:
-значительное приращение подъёмной силы (У) вследствии экранизирующего влияния земли;
- небольшая высота стоек шасси, это уменьшает вес шасси (↓Gш),уменьшает объем отсеков (↓Vотсеков)для размещения шасси, упрощает процесс уборки и выпуска;
- при аварийной посадке на воду обеспечивается хорошая плавучесть;
Недостатки:
- зона стыковки крыла с фюзеляжем нарушает плавность обтекания
воздуха возникает донное сопротивление (Хдон), называемое интерференцией, которое обусловлено взаимным влиянием крыла и фюзеляжа;
- трудно защищать двигатели, расположенные на крыле от попадания
посторонних предметов и грязи с ВПП.
Моноплан со средним расположением крыла - самолёт, у которого
крыло закреплено на середине высоты фюзеляжа (СРЕДНЕПЛАН). Достоинство:
- минимальное аэродинамическое сопротивление.
Недостатки:
- трудность размещения пассажиров, грузов и оборудования в средней
части фюзеляжа в связи с необходимостью пропускать силовые элементы крыла через фюзеляж.
Моноплан с верхним расположением крыла - самолёт у которого крыло
закреплено в верхней части фюзеляжа (ВЫСОКОПЛАН)
Достоинство:
- малая интерференция (Сх интерфер) между крылом и фюзеляжем;
- высокое расположение двигателей от ВПП уменьшает вероятность попадания посторонних предметов в двигатель при рулении, взлёте и посадке;
- хороший обзор нижней полусферы;
- максимальное использование внутреннего объёма фюзеляжа и средств механизации загрузки и выгрузки грузов.
Недостатки:
- трудность уборки шасси в фюзеляж;
- узкая колея;
- сложность обслуживания двигателей, расположенных под крылом;
- необходимость усиления конструкции нижней части фюзеляжа.
Расположение двигателей на самолёте зависит от типа, количества, габаритов двигательной установки и назначения самолёта. У многомоторных самолётов двигатели устанавливаются:
1 - с ТВД в гондолах перед крылом, а с ТРД на пилонах впереди под крылом;
2 - ТРД, ДТРД в гондолах в хвостовой части фюзеляжа.
Достоинство 1-го способа:
- двигатель расположен в невозмущённом потоке;
- разгрузка крыла от Мизг в полёте.
Недостатки:
- трудность в пилотировании в случае отказа двигателя (появляется разворачивающий момент за счёт несимметричной тяги).
Достоинство 2-го способа:
- крыло имеет лучшие аэродинамические характеристики (больше места для размещения средств механизации крыла);
- меньше асимметрия при полёте с отказавшим двигателем;
- уменьшение шума в кабинах самолёта;
- более удобное обслуживание двигателей;
- меньше пожароопасность.
Недостатки:
- горизонтальное оперение (ГО) необходимо переносить вверх и усиливать киль;
- усиление хвостовой части фюзеляжа;
- смещение центра тяжести по мере расхода топлива, это уменьшает устойчивость самолёта.