К вопросу определения конструктивно-геометрических параметров самолета на первоначальном этапе проектирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет»

К вопросу определения конструктивно-геометрических параметров самолета на первоначальном этапе проектирования

Припадчев А.Д., д-р техн. наук, профессор,

Исхаков Р.Р., студент гр. 17А(м)КАП,

Горбунов А.А., канд. техн. наук,

Кондров Я.В., аспирант студент гр. 17ИВТ(а)САП

На первоначальном этапе проектирования самолета осуществляется формирование его облика. Под обликом понимаем выбор основных проектных параметров самолета, обуславливающих наилучшие показатели качества при удовлетворении заданным ТТТ и ограничениям.

Процесс компоновки самолета характеризуется выбором определенного сочетания и взаимного расположения различных агрегатов самолета, в частности, выбором формы крьла в плане и положения его относительно фюзеляжа; типа и расположения горизонтального (ГО) и вертикального оперения (ВО); типа, числа и компоновки двигателей и т.д. Определение «схемы» самолета позволяет качественно формализовать выбранную компоновку, причем параметры могут быть абсолютными и относительными. Использование при формировании облика самолета всего множества параметров (несколько сотен) представляет собой сложную и трудоемкую задачу, так как требуется многоуровневый анадиз большого числа связей и соотношений, описьшаюпщх процесс функционирования самолета и являющихся многопараметрическими.

Поэтому в процессе формирования облика самолета больше, чем где-либо, присутствует воображение, интуиция и личный опыт конструктора. Это особенно характерно для стадии появления первого рисунка самолета --синтеза компоновочной схемы.

Синтез компоновочной схемы самолета -- увязка в сжатые сроки разноплановых противоречий, решение целого комплекса проблем, связанных, прежде всего с неоднозначностью в выборе оптимального решения и противоречивостью требований, предъявляемых к проекту.

Появление нового поколения самолетов связано, как правило, с применением новых технических решений, приводящих к появлению новых качеств самолетов, недостижимых на самолетах предьщущих поколений. Новые технические решения требуют новых моделей, а новые качества --новых способов анализа. Проектная ситуация к началу разработки нового самолета может быть совершенно различной в зависимости от вида разработки:

- либо это новая разработка, но проводимая в рамках существующих концепций;

- либо это принципиально новое поколение самолетов, построенное на новых концепциях.

Однако в любом случае существует система обобщенных проектных параметров (ОПП), являющихся инвариантными по отношению к самолетам различных типов и поколений. Под обобщенным проектным параметром будем понимать формализованный параметр, определяющий некоторые относительные характеристики конструкции самолета.

Чаще всего ОПП -- относительные проектные параметры (удельная нагрузка на площадь крыла р₀, тяговооруженность и т.д.), участвующие в анализе основных технических характеристик. Например, при расчете летно-технических характеристик (ЛТХ) самолета можно оперировать не абсолютными значениями (взлетная масса т₀, площадь крыла S, суммарная стартовыя тяга и т.д.), которые в зависимости от типа самолета измеьмются в весьма широких пределах, а значениями удельной нагрузки на крыло и относительной массой топлива, которые более консервативны и уровень которых определяет не только значения ЛТХ, но некоторые принципы реализации компоновочной схемы самолета.

Большинство ОПП связаны между собой определенными соотношениями. Кроме того, они как правило, влияют на частные критерии эффективности, вследствие чего некоторые ОПП могут рассматриваться как критерии качества (совершенства) компоновки проектируемого самолета.

Анализ изменения значений ОПП при переходе от одного поколения самолетов к другому позволяет конструктору-проектировщику спрогнозировать тенденцию их возможных изменений и понять, насколько проектируемый им самолет превосходит или уступает по значениям ОПП разрабатываемые в других фирмах самолеты аналогичного назначения.

Для режимов установившегося движения (а это примерно 90 % полетного времени) нам достаточно знать некоторые проектнве параметры, например -- площадь крыла S, удлинение л, угол стреловидности ч, сужение з, нормальную взлетную массу т₀, тяговооруженность . Остальные параметры для этих режимов являются «несущественными» и ими на начальном этапе проектирования можно пренебречь.

На наш взгляд, особое внимание заслуживает максимальное аэродинамическое качество, которое напрямую связано с проектными параметрами (К_тах) вычисляют по формулам

, (1)

, (2)

где -- удлинение по омываемой поверхности самолета, определяет его несущие свойства, т.е. компоновочное и геометрическое совершенство схемы;

-- отношение коэффициента Освальда к приведенному лобовому сопротивлению, определяет аэродинамическое совершенство самолета.

На основании статистики, приведенной, средние значения для различных типов самолетов представлены в таблице 1.

Таблица 1 -- Значения для различных типов самолетов

конструктивный геометрический самолет проектный

Это те параметры, с которыми конструктор обычно работает на начальном этапе проектирования и использует при анализе и синтезе облика самолета.

Коэффициент Освальда е -- коэффщиент, который учитывает, насколько ухудшаются несущие свойства самолета в результате нарушения эллиптичности распределения нагрузки по размаху крьша. Максимальное теоретическое значение коэффициента Освальда для монопланных схем равняется едиьшце и в этом случае самолет обладает минимальным индуктивным сопротивлением.

Понятие приведенного лобового сопротивления базируется на том, что у хорошо спроектированного самолета коэффициент вредного сопротивления Су₀ определяется в основном сопротивлением трения обшивки при относительно малом сопротивлении формы, обусловленным отрывом потока.

Приведенное лобовое сопротивление (ПЛС) самолета вычисляют по формуле

, (3)

где S_ом -- площадь омываемой поверхности самолета, м².

На начальном этапе проектирования определение параметра е очень затруднено. Тем не менее в ряде работ (Егер С.М., Бадягин А.А., Мишин В.Ф., Арепьен А.Н. и т.д.) авторами предпринимались попытки получения аналитической зависимости коэффициента Освальда от геометрических параметров самолета. Однако, существующие формулы не позволяют с достаточной степенью точности однозначно определить коэффициент е на этапе предварительного проектирования. В связи, с чем в магистерской ВКР представим некоторые инженерные методики расчета коэффициента Освальда е.

Область исследования распространялась только на режимы установившегося движения самолета в пределах линейного изменения коэффициента подъемной силы по углу атаки.

Реальные значения коэффициента Освальда для разлчных самолетов, полученные путем обратного пересчета из аэродинамического качества по формуле (1) представлены в таблице 2.

Таблица 2 -- Значения коэффициента Освальда для разлчных самолетов

Из представленных данных следует, что реальные значения параметра е колеблются от 0,6 до 0,85, что приводит к разбросу значений аэродинамического качества до 2 до 2,5 единиц. Такой широкий диапазон изменения значения коэффициента Освальда не позволяет пренебречь этим параметром или принять его равным единице даже на этапе предварительного проектирования самолета.

На величину коэффициента Освальда оказывает влияние:

- геометрия крыла в плане, которая определяется тремя безразмерными параметрами: удлинением л, уголом стреловидности ч, сужением з;

- наличие площадей, занятых фюзеляжем, мотогондолами и прочими надстройками;

- форма носка крыла, которая в случае правильной профилировки может значительно усилить подсос в зоне передней кромки и снизить индуктивное сопротивление самолета.

Таким образом, разработка инженерного метода расчета коэффициента Освальда для самолетов монопланной схемы с произвольной формой крыла в плане и формой поперечного сечения фюзеляжа, позволяющего проводить первоначальную оценку основных геометрических параметров самолета при существенно меньших затратах времени является актуальной для теории и особенно практики.

Список литературы

1. Арепьев, А.Н. Руководство по проектированию пассажирских самолетов / А.Н. Арепьев. - М.: Москва, 2009. - 293 с.

2. Бадягин, А.А. Проектирование пассажирских самолетов с учетом экономики эксплуатации / А.А. Бадягин, Е.А. Овруцкий. - М.: Машиностроение, 1964. - 296 с.

3. Егер, С.М. Проектирование самолетов: учебник для вузов / С.М. Егер, В.Ф. Мишин, Н.К. Лисейцев и др. Под ред. С.М. Егера. - 4-е изд. - М.: Логос, 2005. - 648 с. - ISBN 5-98704-022-1.

4. Комаров, В.А. Концептуальное проектирование самолета: учеб. пособие / В.А. Комаров [и др.]; под ред. д-ра техн. наук, проф. В.А. Комарова:/ Самара, Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2007. - 92 с.: 3 ил.

5. Куприков, М.Ю. Автоматизация проектно-конструкторских работ -- фундаментальный фактор обеспечения качества жизненного цикла изделий в машиностроении // Новые информационные технологии. Тезисы докладов Х Юбилейной Международной студенческой школы- семинара. - М.: МГИЭМ, 2002, С. 48-53.

6.Торенбик, Э. Проектирование дозвуковых самолетов: пер. с англ. / Э.Торенбик / пер. Е.П.Голубков. - М.: Машиностроение, 1983. - 148 с.

Размещено на Allbest.ru