Определение минимальной массы конструкции

Технологичность конструкции

Обеспечение надежности, живучести и удобства эксплуатации

Определение минимальной массы конструкции

Одним из важнейших факторов, влияющих на все ЛТХ самолета, является его масса. Поэтому конструктор должен всегда стремиться к созданию конструкции минимальной массы (если это не противоречит другим требованиям, предъявляемым к самолету, таким, как надежность, технологичность, минимальная стоимость и т. п.).

Взлетную массу самолета можно представить в виде

m0 = mk + mсу + mоб + mт + mцн + mэк,

где mk - масса конструкции;

mсу -масса силовой установки;

mоб - масса оборудования;

mт - масса топлива;

mцн - масса целевой нагрузки;

mэк - масса экипажа.

В практике обычно пользуются понятием относительных масс.

Интересно отметить, что, несмотря на большой диапазон полетных масс, отношение mk/m0 для самолетов данного типа одного поколения, характеризующегося определенным уровнем развития техники, колеблется в узких пределах. В настоящее время: для маневренных самолетов mk =0,3 ... 0,35; для ограниченно маневренных mk = 0,28 ... 0,32; для неманевренных самолетов mk = 0,25 ... 0,29. Уменьшение взлетной массы самолета улучшает все (летно-технические, эксплуатационные, экономические) характеристики самолета.

Рассмотрим влияние взлетной массы на некоторые основные ЛТХ самолета.

1. Тяга, потребная для горизонтального полета:

где К - аэродинамическое качество.

Из этого выражения видно, что чем больше масса самолета, тем большая тяга требуется для совершения горизонтального полета, а следовательно, и больше масса и лобовое сопротивление двигателя.

Посадочная скорость самолета

где А - числовой коэффициент; S - площадь крыла; Су - коэффициент аэродинамической нормальной силы.

Видно, что при минимальной взлетной массе будет наименьшая посадочная скорость, а следовательно, и наименьшая длина пробега, что влечет за собой уменьшение длины взлетно-посадочной полосы.

Высота полета определяется плотностью воздуха на высоте

где g - ускорение свободного падения; V - скорость полета т. е. самолет меньшей массы может осуществлять горизонтальный полет на большей высоте, где плотность воздуха меньше.

Аналогичные соотношения можно привести и для массы оборудования, силовой установки, снаряжения и т. д. Точно также можно показать, что увеличение массы ухудшает и все другие характеристики самолета (время разгона, время набора высоты, скороподъемность и т. д.).

Приведенные выше примеры характеризуют только качественное влияние массы, количественное ухудшение характеристик по этим формулам достаточно точно определить нельзя. Требуются более тщательные расчеты, которые будут рассмотрены в курсе «Проектирование самолетов».

Масса самолета определяется еще на стадии предварительного проектирования как «минимальная» для удовлетворения требуемых по ТТТ летных характеристик. В процессе создания самолета необходимо не превысить запроектированную массу. Поэтому необходимо, чтобы конструктор четко представлял себе, что перетяжеление конструкции влечет за собой обязательное ухудшение всех характеристик разрабатываемого самолета.

Технологичность конструкции

Технологичность наряду с массовыми, аэродинамическими и другими характеристиками является одним из важнейших показателей совершенства конструкции. Под технологичностью понимают комплекс свойств конструкции, позволяющих применять при ее изготовлении наиболее совершенные технологические процессы, обеспечивающие высокое качество при минимальных затратах труда и времени, а следовательно, при минимальной стоимости. Для создания технологичной конструкции конструктор должен быть хорошо знаком с применяемыми на данном производстве технологическими процессами и должен четко представлять, какие из них целесообразней применить в проектируемым им изделии.

Технологичная конструкция отвечает ряду требований:

1. Применение большего числа стандартных и нормализованных элементов, что позволяет осуществлять их массовое производство на специализированных предприятиях. Это снижает себестоимость и повышает качество.

2. Большая унификация элементов, т.е. применение конструктивно подобных, идентичных элементов с небольшими изменениями. Например, применение конструктивно подобных кронштейнов, накладок, и др. Это приводит к повторяемости процессов изготовления, повышению серийности, снижению себестоимости.

3. Обеспечение высокой преемственности конструкций, т.е. создание новых конструкций с использованием уже освоенных технологических процессов.

4. Простота формы, облегчающая механизацию технологических процессов.

5. Использование в конструкции легкообрабатываемых материалов (на современных самолетах до 40…50 % от общей массы приходится на алюминиевые сплавы).

6. Возможно меньшие требования к точности и чистоте обработки поверхности, что снижает трудоемкость, а следовательно, и стоимость.

7. Обеспечение наивысшего коэффициента использования материала.

Понятие «технологичность» относительно, его надо рассматривать применительно к конкретному уровню развития техники и технологии производства. Технологичные в определенный период конструкции через некоторое время из-за развития технологии могут оказаться нетехнологичными.

Надо помнить, что чрезмерно большой объем новых технологических процессов может значительно удлинить сроки подготовки серийного производства, поэтому их надо вводить постепенно (первоначально для группы элементов).

самолет конструкция масса минимальный

Обеспечение надежности, живучести и удобства эксплуатации

Надежность - свойства самолета, обеспечивающее нормальное функционирование в заданных условиях в течение требуемого периода времени. Надежность является внутренним свойством конструкции или системы и обеспечивается в основном внутренней структурой самолета: надежностью материала (высоким сопротивлением усталости), надежностью конструктивной схемы (например, применением кессонной конструкции крыла со многими стенками), надежностью систем (дублированием, использованием резервных систем).

Живучесть - способность самолета функционировать при действии на него различных внешних неблагоприятных факторов и в нерасчетных условиях эксплуатации. Например, при отказе гидросистемы вследствие разрушения гидропроводов, вызванного внешними причинами, функционирование обеспечивается второй гидросистемой. Практически для повышения надежности и живучести проводят одни и те же мероприятия, например, дублирование, но подход к ним совершенно различен: с точки зрения надежности на самолете желательно иметь две разнозначные гидросистемы, а как они размещены - неважно, с точки зрения живучести важно не только иметь две гидросистемы, но и правильно их разместить на самолете, например, на разных бортах, так чтобы под воздействием внешней причины разрушалась одна система, а не две. Поэтому живучесть определяется в основном компоновочными мероприятиями.

Долговечность, или ресурс - общее время работы самолета с промежуточными ремонтами до полного изнашивания.

Для самоокупаемости самолета очень важна величина ресурса, так как на начальном этапе эксплуатации гражданского самолета окупаются затраты на его производство, а затем уже он начинает приносить прибыль. В настоящее время для пассажирских самолетов установлен ресурс 30 тыс. ч. Для военных самолетов ресурс меньше, так как они морально устаревают и их снимают с производства.

Простота эксплуатации и ремонтопригодность являются важными свойствами, которые следует учитывать при создании всех типов самолетов. Необходимо обеспечить удобство подхода к объектам обслуживания, удобство регламентных и ремонтных работ. В самолете имеется большое число элементов, требующих замене в процессе эксплуатации (например, бронзовые втулки в шарнирных соединениях, отдельные подшипники и т.п.). Для этого в конструкции предусматривают съемные панели, технологические лючки и т.д.

Ключевые слова и выражения

Взлетная масса, относительная масса, потребная тяга, посадочная скорость, высота полета, плотность воздуха на расчетной высоте, надежность, живучесть, долговечность, простота эксплуатации и ремонтопригодность…