Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Определение оптимального парка воздушных судов.

Припадчев А. Д.,

3.2.2 Модель конструктивно-геометрических параметров

Под параметром конструкции, в соответствии с рисунком 3.3 понимается характерная величина, определяющая геометрические, весовые или энергетические свойства конструкции [108]. В большинстве случаев в качестве параметров применяют относительные или удельные величины такие как:

- удлинение;

- относительная толщина;

- удельное давление.

При определении вышесказанных параметров могут быть применены составные, тактические, экономические, весовые критерии, а также срок разработки ВС [39].

1)  составные критерии. При сравнении различных вариантов воздушных судов и систем необходимо учитывать влияние различных факторов на эффективность эксплуатационного комплекса воздушного судна. Под эксплуатационным комплексом воздушного судна понимается комплекс материальных средств, который обеспечивает выполнение воздушным судном целевой задачи, т.е. перевозки пассажиров.

Рисунок 3.3 - Параметры конструкции воздушного судна

В эксплуатационный комплекс воздушного судна, кроме самого воздушного судна, входят материальные средства, по экономической значимости во много раз превышающие воздушное судно. Существующие различные подходы к критерию качества можно рассматривать как средство обеспечения выполнения определенных тактических, транспортных задач или как техническое средство народного хозяйства, но в этих подходах прослеживается эффективность воздушного судна.

Под эффективностью воздушного судна понимается вероятность выполнения тактической задачи или народнохозяйственные затраты, необходимые для выполнения с заданной вероятностью тактической задачи. Из анализа литературных источников следуют различные трактовки и понятия эффективности, Морз и Кимбелл [69] под эффективностью понимают «соотношение потерь», которую вычисляем по формуле

,                                            (3.11)

где    D - причиненный или предотвращенный ущерб;

С - общая стоимость систем.

Пышновым В.С. [111] были предложены коэффициенты позволяющие судить о величине полезной нагрузке, массе конструкции, аэродинамическом совершенстве и т.д. Помимо коэффициентов, использовались и числа Эверлинга, на основе статистического выбора основных его параметров и характеристик. Более общим экономическим критерием является критерий «стоимость-эффективность» предложенный Томашевичем Д.Л., который вычисляем по формуле

,                                               (3.12)

где    Р - величина, определяющая целевую отдачу воздушного судна;

В - затраты на изготовление воздушного судна и поддержание его работоспособности в период эксплуатации.

Для учета влияния различных привходящих обстоятельств Солнышков Ю.С. [119] предложил критерий, вычисляемый по формуле

,                   (3.13)

где    W₁, W₂,..., W_N - частные показатели эффективности, входящие в систему показателей рассматриваемой задачи;

k₁, k₂, ..., k_N - коэффициенты, определяющие относительную значимость частных показателей;

2)  тактические критерии. Тактическим критерием для воздушного судна могут быть такие, которые в наибольшей степени характеризуют выполнение тактической задачи. К критериальным факторам относятся летные характеристики;

3)  экономические критерии. Применение данного критерия целесообразно в том случае, если выполнение поставленной задачи возможно с помощью различных вариантов технических решений. Если техническая задача исключает многовариативность решения, то экономический критерий применять бессмысленно. В качестве экономического критерия нередко применяется себестоимость производства проектируемого агрегата, а также удельные затраты, выражающиеся отношением затрат на выполнение тактической или транспортной задачи к весу транспортируемой целевой нагрузки или приведенные затраты;

4)  весовые критерии. Вес воздушного судна является косвенным критерием экономического качества: производственная стоимость воздушного судна примерно пропорциональна весу, в результате чего его можно рассматривать как разновидность экономического критерия.

Для самолетостроения полетный вес воздушного судна приобретает самостоятельное значение как критерий, и он становится разновидностью не только экономического, но и тактического критерия, это объясняется многоразовостью применения воздушного судна, вследствие чего расходы на топливо и смазку возрастают до относительно большей величины.

Уменьшение полетного веса будет более интенсивно снижать эксплуатационные расходы, чем уменьшение стоимости конструкции. Уменьшение полетного веса на 10 %, снизит при тех же удельных затратах все перечисленные расходы тоже приблизительно на 10 %, а уменьшение стоимости самолета на 10 % приведет к снижению расходов только на 4 %;

5)  сроки разработки. В некоторых случаях доминирующим критерием при проектировании могут являться сроки различных этапов разработки. Сокращение времени разработки изделия ведет и к сокращению затрат на разработку. Продолжительность разработки воздушного судна, до первого полетного образца составляет в среднем 3-4 года, а при разработки принципиально новых воздушных судов, не имеющих прототипов 8-10 лет. Время до первого полета серийного образца составляет 3-8 лет и более. Способы сокращения времени разработки носят в основном организационные мероприятия. Одним из важных мероприятий является кооперация промышленности и научно-исследовательских организаций.

Изменение какого-либо параметра конструкции, очень слабо влияющего на вероятность выполнения задачи, может влиять на следующие выходные параметры воздушного судна:

- на вес конструкции или на аэродинамическое сопротивление;

- на вес топлива.

Эти параметры ведут к изменению полетного веса, а также к изменению стоимости воздушного судна, при изменении параметра, летно-технические свойства воздушного судна не меняются, т.е. их возможное изменение компенсируется соответствующим количеством топлива, обеспечивающим сохранение летно-тактических свойств, таких как закона скоростей или начальной, средней, конечной, траектории полета.

Аэродинамические и весовые характеристики корпуса зависят от двигательной установки, если оно и ее элементы расположены в корпусе.

Основные конструктивно-геометрическими параметры воздушного судна представлены на рисунке 3.4.

Рассмотрим конструктивно-геометрические параметры воздушного судна, в соответствии с рисунком 3.4 более подробно.

1) геометрические параметры крыла, такие как:

а) удлинение крыла. Геометрическое удлинение крыла является безразмерным геометрическим параметром, которое вычисляем по формуле

,                                                  (3.14)

где    l - размах крыла, м;

S - площадь крыла, м²;

При определении аэродинамических характеристик крыла используем не геометрическое, а эффективное удлинение, вычисляемое по формуле

.                                    (3.15)

Рисунок 3.4 - Конструктивно-геометрические параметры
воздушного судна

На малых скоростях, при , когда воздушный поток принимается несжимаемым, его вычисляем по формуле

,                    (3.16)

где    - угол стреловидности крыла по линии ¼ хорд, град.;

η- сужение крыла или отношение корневой хорды крыла b₀ к концевой хорде b_К;

б) средняя относительная толщина крыла. Среднюю относительную толщину крыла вычисляем по формуле

,                                      (3.17)

где    _М.КР - площадь крыла при виде спереди (мидель), м²;

в) форма срединной поверхности. Форма срединной поверхности определяется как полусумма ординат верхней и нижней поверхностей крыла, образованных верхними и нижними обводами профилей и вычисляем по формуле

;                       (3.18)

г) объем крыла. Объем крыла может быть использован для размещения топлива. Для крыльев с прямолинейными образующими по передней и задней кромкам максимальный теоретический объем всего крыла, в кубических метрах, вычисляем по формуле

,                                    (3.19)

где k_WMAX - коэффициент, вычисляем по формуле

;                            (3.20)

- сужение крыла при виде спереди, вычисляем по формуле

.                                  (3.21)

Для размещения топлива используется не весь объем крыла, а только часть его между лонжеронами, особенно если эта часть является силовым кессоном. По размаху крыла кессон также используется не полностью, исключаются концевые части крыла, имеющие малую толщину и корневая часть внутри фюзеляжа;

• 1) геометрические параметры фюзеляжа. В качестве геометрических параметров фюзеляжа могут выступать его размеры:

- длина l_Ф, м;

- диаметр d_Ф, м;

- площадь миделевого (наибольшего) сечения S_М.Ф, м²;

- удлинение фюзеляжа ;

- удлинение носовой части ;

- удлинение хвостовой части .

В случае некруглой формы поперечного сечения характерными размерами являются наибольшая ширина В и высота Н, а также эквивалентный по площади миделя фюзеляжа диаметр, в метрах, вычисляемый по формуле

;                                       (3.22)

3)  геометрические характеристики оперения. Проектирование оперения должно обеспечивать получение необходимых характеристик устойчивости и управляемости воздушного судна на всех возможных режимах полета, а также достаточную эффективность органов управления для вывода воздушного судна в нормальный режим полета после непроизвольного повышения критических значений углов атаки, сваливания и попадания воздушного судна в режим пикирования. Основными относительными параметрами оперения являются:

- А_ГО - статический момент площади горизонтального оперения;

- А_ВО - статический момент площади вертикального оперения;

- потребная эффективность рулевых поверхностей;

- относительная площадь горизонтального оперения, вычисляем по формуле

,                  (3.23)

где - степень продольной статической устойчивости воздушного судна на крейсерском режиме;

- коэффициент подъемной силы горизонтального оперения по углу атаке.

В соответствии с рисунком 3.1 модель конструктивно-геометрических параметров взаимодействует с инерционно-массовыми и технологическими условиями, в связи, с чем и рассмотрим модель инерционно-массовых параметров воздушного судна.