Использование информационных технологий при выборе перспективных схем летательных аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование информационных технологий при выборе перспективных схем летательных аппаратов

Поставлена задача создания дешевого портативного летательного аппарата индивидуального применения для спасения людей на море, спасения пассажиров и моряков с тонущих кораблей путем доставки их на берег по воздуху.

Требования к летательному аппарату:

1) ранцевый, взлетная масса 125 кг;

2) масса пилота 80 кг;

3) рабочая высота полета 150 - 200 м;

4) дальность полета до 300 км;

5) для взлета и посадки достаточно площадки 5х5 м;

6) скорость полета 35 - 160 км/час;

7) простой и безопасный в массовом применении;

8) для транспортировки человека при ветре до 25 м/сек;

9) запас аппаратов на корабле не должен занимать много места;

10) для обучения пилотов одновременно с летательным аппаратом должна быть представлена система тренажеров;

11)приведение аппарата в эксплуатационное состояние одним человеком должно занимать не более 15 минут.

Дополнительные возможности:

1. Для эксплуатации в северных широтах необходимо предусмотреть антиобледенительную систему и теплую кабину;

2 Для аварийной посадки на воду предусмотреть автоматически надуваемый плот;

3.Для аварийной транспортировки на подвеске второго человека должна быть предусмотрена аварийная лебедка.

Аппараты, которые в силу высокой зависимости от погодных условий мало подходят для использования их в качестве спасательного транспортного средства, были сразу исключены из рассмотрения. К таковым были отнесены аппараты легче воздуха, безмоторные летательные аппараты, аппараты, имеющие большие геометрические размеры и малую скорость. В качестве

основных базовых схем летательных аппаратов при работе с заданными техническими требованиями рассматривались вертолетная, самолетная и автожирная схемы. Дельталеты были отнесены к самолетам. При этом, самолеты и автожиры взлетающие с разбегом, не могли быть использованы непосредственно, но летательные аппараты взлетающие и садящиеся вертикально, имеющие в качестве маршевого самолетный или автожирный режим могли подойти под заданные требования.

В [3, стр.78] сказано:

Наиболее простая конструкция вертолета получается при установке реактивных двигателей на концах лопастей. Для этой цели могут быть использованы ракетные двигатели, прямоточные или пульсирующие воздушно-реактивные и, наконец, турбореактивные двигатели. Благодаря тому, что силовая установка размещается непосредственно на несущем винте, упрощается конструкция вертолета и весь объем фюзеляжа может быть использован как кабина для пассажиров или для грузов. Весовая отдача у реактивных вертолетов с двигателями на концах лопастей составляет 60--65%, т. е. почти вдвое больше, чем у вертолетов с механическим приводом. Простота конструкции компенсируется у таких вертолетов огромным расходом топлива, поэтому они эффективны лишь при полетах на короткие расстояния.

Использование вертолетной схемы очевидно невозможно. Заданные совместно уровни полезной нагрузки и дальности полета намного превышают расчетные показатели всех известных вертолетных схем. Много вариантов реализованных конструкций ранцевых вертолетов [1] или близких к ним по взлетной массе, также имеют характеристики весьма далекие от заданных требований.

С 30-х годов двадцатого века известны машины, трансформируемые во время полета. Наиболее известен среди них Ospry V-22, затраты на создание которого уже превзошли 50 миллиардов долларов. К сожалению, эта схема опасна , т.к. скорость сваливания в самолетном режиме очень сложно уменьшить до скорости полета в вертолетном режиме, т. е. до скорости 260 км/час, поэтому при испытаниях аппарата погибло более 20 солдат.

Автожирная схема в маршевом полете обладает максимальной по сравнению с самолетом и вертолетом аналогичной взлетной массы устойчивостью и при хорошо проработанной конструкции обеспечивает наибольшую безопасность и простоту в массовом применении. Она позволяет достичь более высоких скоростей полета, чем вертолетная схема, однако максимальные самолетные скорости полета для автожирной схемы явно недостижимы.

В [3, стр. 106] о комбинированных вертолетах сказано следующее:

При переходе от вертолетного режима, начиная со скорости полета около 100--150 км, к автожирному потребная мощность по мере увеличения скорости полета уменьшается по сравнению с вертолетным режимом и уже при скорости полета около 250 км/час становится на 25--30% меньше потребной мощности на вертолетном режиме. Это объясняется тем, что при больших скоростях полета несущий винт как средство, создающее подъемную силу и горизонтальную тягу, менее выгоден по сравнению с обычным крылом и тянущими винтами.

Меньшая потребная мощность при полете комбинированного вертолета на автожирном режиме позволяет получить и меньший расход топлива, поэтому комбинированный вертолет при сравнении с обычным вертолетом наряду с большей скоростью обладает также большей дальностью и продолжительностью полета. Благодаря разгрузке несущего винта крылом и использованию тянущих винтов для создания горизонтальной тяги, комбинированный вертолет на автожирном режиме полета может развить скорость 400--500 км/час.

В отличие от конвертопланов, аэродинамика которых еще плохо изучена, за девяносто лет накоплена богатая статистика поведения автожиров в различных летных ситуациях. Тысячи автожиров, летающих в воздушном пространстве США и Канады, доказали высокую безопасность этого воздушного транспортного средства. Прыжковый взлет освоен хуже, однако несколько десятков конструкций, построенных в разных странах мира, более или менее успешно летали и летают сейчас. Переходные процессы, вызвавшие столь долгую наладку Ospry V-22 , в предлагаемом аппарате практически отсутствуют, поэтому его реализация и эксплуатация должны быть относительно простыми. Недостаток предлагаемой схемы - более низкая скорость полета, по сравнению с конвертопланами самолетной схемы.

Известно также, что при ветре свыше 7 м/с сверхлегкие самолеты и вертолеты должны садиться, а автожиры способны лететь при больших скоростях ветра и могут садиться навстречу ветру при скорости ветра до 20 м/с. В [4, стр. 96]:

Стоит отметить, что автожир менее чувствителен в полете на малых скоростях к порывам ветра, чем самолет в силу не только своей устойчивости, но и того факта, что относительные скорости, а следовательно, и силы у лопасти ротора изменяются меньше от порыва ветра, чем у крыла самолета , потому что относительные скорости (при одинаковой скорости полета) у сечения лопасти ротора автожира в среднем больше, чем у крыла самолета.

Автожиры могут садиться практически вертикально [4, стр. 86]:

Автожир, если он соответствующим образом сбалансирован, может совершать крутые планирующие спуски при больших углах атаки, так как для него, в отличие от самолета, не существует критического угла, при котором начинается срыв струи на крыле и резкое уменьшение подъемной силы, и нет опасности штопора при потере скорости.

Однако при безветрии автожирам необходим хотя бы небольшой разбег. Правда, с 30-х годов двадцатого века известны прыжковые автожиры, взлетающие с места за счет накопления кинетической энергии в роторе автожира, но классическая автодинамическая втулка не позволяет добиться безопасного прыжка, т.к. его продолжительность составляет менее двух секунд, а высота от пяти до пятнадцати метров.

Высота прыжка у современных прыгающих автожиров может превышать 50 м, т.е. выше любых волн. Кроме того, во время выполнения прыжка двигатель используется для набора горизонтальной скорости, а не для подъема, что позволяет установить на прыгающем автожире двигатель примерно вдвое меньшей мощности, чем на вертолете аналогичной взлетной массы.

Таким образом, подводя итог всему вышесказанному, создаваемый аппарат должен иметь прыжковый взлет и выполнять дальнейший полет и посадку в автожирном режиме. По конструкции это должен быть прыгающий автожир с механической раскруткой ротора и специальной втулкой.

В соответствии с вышеприведенным анализом спроектирован складной прыгающий автожир Ника-2. Складной прыгающий автожир Ника-2 с высотой прыжка более 25 метров подходит для решения поставленной задачи. Ниже дано техническое описание конструкции данного аппарата.

Для ухода от недостаточно изученных переходных процессов при взлете и посадке, опасности повреждения машины при падении пилота и т. п. для Ники-2 в качестве прототипа выбрана компоновка одноместного Доминатора [5] и горизонтальное оперение смещено вниз от линии тяги.

О технологии. Детали прецизионной точности в конструкции отсутствуют. При использовании купленного двигателя сложные детали есть только во втулке несущего винта, да при изготовлении лопастей необходимо качественное сырье и хорошее оборудование. Остальные детали можно изготавливать, например, в тракторной мастерской.

Складной прыгающий автожир Ника-2 может быть использован не только для целей указанных в Задании, но и для решения широкого круга задач в интересах государственной власти и даже частных лиц.

Рисунок 1.Компоновка складного прыгающего автожира (из патента)

Цифрами на схеме обозначены:

1 - втулка несущего винта;

2 - лопасти;

3 - мачта;

4 - силовая установка;

5 - кресло пилота;

6 - горизонтальное и вертикальное хвостовое оперение;

7 - толкающий винт;

8 - втулка толкающего винта;

9, 10 - шасси;

11 - точки складывания конструкции.

Для взлета и посадки Нике-2 достаточно площадки 5х5 метров и в сложенном состоянии она помещается в двух контейнерах:

- лопасти 2х0,25х0,2 м;

- аппарат 1х0,6х0,4 м.

Список использованной литературы

автожир летательный аппарат

1. Вертолет в рюкзаке журнал Техника - молодежи 1982 - 1984 г.г. По сайту http://www.russian.ee/~star/vertigo/tm/rjukzak.html

2. Васильев Ю., Макаров Ю.В. Не по своей вине опоздавшие. Журнал Авиапрофиль №3'2001

3. Ружицкий, Е.И. Безаэродромная авиация / Е.И.Ружицкий. - М.: Оборонгиз, 1959.- 172 с., ил.

4. Братухин, И.П. Автожиры. Теория и расчет / И.П. Братухин. - М.-Л. Госмашметиздат, 1934, 111 с., ил.

5.Сутормин Е. Некоторые мысли по поводу автожиров. По сайту

http://www.aviajournal.interami.com/sections/journal/arh/magazine/20021/st3.shtml

6.Саттаров Аэродинамический расчет автожира 1970. По сайту http://twistairclub.narod.ru/

7.Братухин И.П. Проектирование и конструирование вертолетов М. Оборонгиз 1955, 362 с., ил.

8.Камов Н.И. Винтовые летательные аппараты. М. Оборонгиз, 1948, 207 с., ил.

9.Глава 13.Винтокрылые летательные аппараты других ОКБ, учебных институтов и виаконструкторов-любителей. По сайту http://www.airwar.ru/other/shawrov/htmls/glava13.html

10.Юрьев Б.Н. Аэродинамический расчет. М. 1955.

11.МАИ-205. По сайту http://www.com2com.ru/oskbes

12. Bauvorschriften fьr Ultraleichte Tragschrauber - BUT (Публикация строительных правил для сверхлегких (одномоторных) автожиров от 26 сентября 2001 г.)

Размещено на Allbest.ru