Гражданские самолеты
Рефераты >> Авиация и космонавтика >> Гражданские самолеты

Другим важным направлением в "борьбе" с ограничениями, которые накладывает закон "квадрата-куба", является использование того факта, что этот закон не учитывает возможности изменения основной нагрузки, действующей на конструкцию крыла при эволюции его размеров. В действительности результирующий изгибающий момент, воспринимаемый силовым набором крыла, обусловлен нагрузкой, которая меньше подъемной силы крыла. Она меньше на величину массовых сил веса конструкции крыла и всей нагрузки, расположенной в крыле (топливо, грузы, оборудование) или установленной на нем (двигатели, шасси, подвески и т.д.). Такая разгрузка крыла массовыми силами позволяет существенно снизить вес его конструкции. Поэтому с возрастанием размеров самолетов становится возможным и целесообразным все большую часть составляющих их веса располагать в крыле. Эта идея выражена в аэродинамической схеме "летающее крыло", которая была весьма популярна в первой половине прошлого века. Но тогда эта схема не могла обеспечить выигрыш в эффективности по сравнению с обычной. Для размещения пассажиров и грузов требовались большие объемы и площади такого крыла. При характерных для того времени малых весах и размерах самолетов значительная площадь крыла, выбираемая не из условий полета, приводила к малой удельной нагрузке на крыло (Go/S). Низки были и значения полетных коэффициентов подъемной силы Су (полетный Су равен удельной нагрузке на крыло, отнесенной к скоростному напору), из-за чего потенциально высокое аэродинамическое качество (К), присущее "летающему крылу", в крейсерском полете не достигалось (К= Су/Cх , где Cх - коэффициент аэродинамического сопротивления). Крыло получалось переразмеренным. Возрастание скоростей полета только усугубляло этот недостаток: с увеличением скоростного напора значения Су и К еще сильнее снижались. Более выгодным было использовать крыло меньшей площади, обеспечивающее достижение в крейсерском полете максимального аэродинамического качества, а нагрузку размещать в удлиненном в направлении полета фюзеляже, имеющем малую площадь миделевого сечения. Применение обычной схемы самолета позволило снизить суммарное аэродинамическое сопротивление.

Расчеты показывают, что схема "летающее крыло" выгодна для тысячеместных (и более) пассажирских самолетов, когда их веса (и удельные нагрузки на крыло) настолько возрастают, что размеры крыла, выбираемые из условия достижения в крейсерском полете максимального качества, становятся достаточными для размещения в нем и пассажиров с багажом, и топлива, и оборудования.

К настоящему времени уже созданы проектировочные методы расчета и получены весовые формулы для агрегатов самолета, позволяющие определить изменение веса конструкции и других составляющих веса воздушного судна при значительном возрастании его размеров (вне зависимости от сохранения геометрического подобия). На рис. 1 приведено сравнение по относительным весам коммерческой нагрузки различных аэродинамических схем магистральных пассажирских самолетов средней дальности. При пассажировместимости, превышающей 1000 человек, самолет обычной схемы с двухпалубным фюзеляжем (типа А-380) начинает уступать по величине Gком/Gо самолету типа "летающее крыло" со слабовыраженным (в виде гондолы) фюзеляжем и с частичным размещением пассажиров в корневой части крыла и в гондоле (наличие фюзеляжа, даже слабовыраженного, может явиться основанием для отнесения таких самолетов к схеме "бесхвостка"). Частичное размещение пассажиров в фюзеляже-гондоле позволяет не переразмеривать крыло и обеспечивать достижение в крейсерском полете большего аэродинамического качества. При дальнейшем увеличении размеров самолетов и числа мест примерно до 2000 и более, а также возрастании удельной нагрузки на крыло становится выгодным применение чистой схемы "летающее крыло" с размещением всех пассажиров только в крыле.

Таким образом, использование новых типов компоновки и аэродинамических схем, включая многопалубные фюзеляжи, схемы "бесхвостка" и "летающее крыло", позволяет отодвинуть наибольшие значения весовой отдачи по коммерческой нагрузке на возросшие величины размеров самолетов. Повышению экономической эффективности тысячеместных воздушных судов также будет способствовать внедрение более совершенных конструкций, материалов, оборудования, двигателей, того нового, что обусловлено научно-техническим прогрессом и также не учитывается законом "квадрата-куба". В последнее время за рубежом и в России проводились различные НИОКР, направленные на исследование облика перспективных многоместных самолетов, которые могут появиться в 2010 - 2020 гг. Рассмотренные разными фирмами компоновки имели пассажировместимость 750 - 800 человек (три класса), размах крыла 85-100 м (некоторые имели отгибаемые вверх концы крыла для уменьшения размаха на стоянке и при рулежке.

Еще большее разнообразие схемно-компоновочных решений характерно для разрабатываемых в течение последних десятилетий проектов сверхтяжелых грузовых самолетов, предназначенных для решения проблем возрастания грузоперевозок особенно в условиях энергетического и прочих кризисов. При этом важное значение имеет разработка классификации схем и компоновок гигантских самолетов, которые способствуют систематизации рассматриваемых тенденций. Успех любой классификации зависит от того, действительно ли важнейший признак или критерий выбран из всего многообразия и положен в ее основу. Анализ результатов применения классификации по аэродинамическим схемам к сверхтяжелым самолетам показал узость, ограниченность ее использования для оценки принципиальных, качественных отличий, характеризующих отдельные конструктивно-компоновочные решения. В этих проектах наглядно прослеживается отмеченная тенденция ко все большему размещению грузов в крыле. Однако, на практике эту тенденцию нельзя обнаружить с помощью классификации по аэродинамическим схемам, т.к. варианты размещения всех грузов не только в фюзеляже, но и смешанное их расположение в фюзеляже и крыле (и даже полное их размещение в крыле) могут быть реализованы в любой из трех известных аэродинамических схем. Например, проект самолета фирмы Локхид с распределенной по размаху крыла полезной нагрузкой (схема "Спенлоудер"), который имеет все весовые и конструктивно-компоновочные отличия, присущие схеме "летающее крыло"; однако, добавление установленных на концах крыла консолей горизонтального оперения заставляет отнести этот самолет к обычной аэродинамической схеме с хвостовым оперением, а не к "летающему крылу". Поэтому целесообразно классифицировать сверхтяжелые транспортные и грузовые самолеты не по аэродинамическим схемам, а по главнейшим их отличительным признакам, связанным с местом размещения их полезной нагрузки. Именно такая классификация этих самолетов позволяет выявить основные отличия в схемно-компоновочных решениях, влияющих на их весовые, аэродинамические, эксплуатационные характеристики, а следовательно, и на показатели их экономической эффективности.


Страница: