Уравнение существования самолета
Связь взлетной массы самолета с требованиями ТЗ схематично представлена на рис. 9.1.
Полную взлетную массу самолета можно выразить в виде
Здесь (на примере пассажирского самолета):
mп.н | - | масса полезной (комерческой) нагрузки (пассажиров, их багажа, грузов и почты), которую самолет доставляет в место назначения; | |||
mсн | - | масса снаряжения и оборудования, которое обеспечивает определенные
условия комфорта полезной нагрузки на борту.
Масса снаряжения составляет не только оборудование (кресла, кухни и питание, системы кондиционирования и т.д.), но и масса экипажа и летно-подъемного состава (бортпроводников), которые обслуживают пассажиров. Следует отметить, что mсн существенно зависит от заданных ТЗ условий эксплуатации и применения. | |||
mо.у | - | масса оборудования управления, которое обеспечивает эксплуатацию самолета в заданных условиях (пилотажно-навигационное оборудование, система самолетовождения и энергетическое оборудование для работы всех систем). Состав и масса оборудования управления также существенно зависят от условий эксплуатации и применения самолета, состава и возможностей наземного оборудования, обеспечивающего навигацию в районе аэропорта назначения и по всей трассе полета; | |||
mc.у | - | масса силовой установки (двигателя, топливных систем), обеспечивающей необходимую скорость полета для доставки полезной нагрузки за время Т на расстояние L; | |||
mT | - | масса топлива на борту; | |||
mK | - | масса конструкции самолета (фюзеляжа, крыла, оперения, шасси, системы управления рулями и элеронами). |
Конструкция самолета является основным компонентом, объединяющим все системы в единый комплекс, определяющий облик самолета.
Характерные массы самолета показаны на рис. 9.2.
Рис. 9.2. Характерные массы самолета |
Как мы уже отмечали, для придания самолету каких-либо свойств (качеств), необходимых для выполнения ТЗ, следует затратить ("вложить" в самолет) некоторую массу. Записанное для m0 уравнение фактически отражает связь взлетной массы самолета с его ЛТХ, эксплуатационными и производственными характеристиками, поэтому его называют уравнением существования самолета(уравнением весового баланса).
Действительно, крыло с определенными параметрами, масса которого входит составляющей в массу конструкции, обеспечивает создание подъемной силы Y. Если во всем диапазоне потребных ЛТХ удовлетворяется соотношение (баланс сил) Y = nэmg между подъемной силой и инерционной силой (силой тяжести проектируемого самолета nэmg с учетом эксплуатационной перегрузки nэ), то самолет способен выполнить основные требования ТЗ по летно-техническим характеристикам.
Следует отметить, что практически все входящие в уравнение существования массы зависят от взлетной массы самолета m0. Так, существует весьма сильная и сложная зависимость между mк и m0. Чем больше взлетная масса самолета, тем, очевидно, придется затратить больше материала для обеспечения прочности и жесткости его конструкции, т. е. утяжелить ее, и, соответственно, утяжеляя конструкцию, мы увеличиваем взлетную массу самолета.
Таким образом, уравнение существования невозможно решить относительно m0 в явном (конечном) виде. В практике проектирования определение m0 ведется методом последовательных приближений с использованием относительных масс:
В этом случае уравнение существования записывается в виде
При заданных в ТЗ mп.н, mсн, mо.у, т.е. при известном составе оборудования, обеспечивающего комфорт пассажиров на борту и эксплуатацию самолета в заданных условиях, в первом приближении массу самолета можно определить как
где с.у, т, к - известные из практики проектирования (статистики) довольно стабильные для определенного типа самолетов и уровня их технического совершенства значения относительных масс, показывающие, какой процент взлетной массы самолета они составляют.
Так, для дальних магистральных пассажирских самолетов:
Нетрудно заметить, что если
то m0 < 0, или m0 = ∞, т.е. избранная проектировщиками комбинация параметров не может быть реализована и невозможно разработать самолет, обеспечивающий выполнение поставленного ТЗ.
Поэтому уравнение существования является одним из основных соотношений, определяющих теорию и практику проектирования самолетов.
Естественно , что при последующих итерациях (более детальной проработке проекта) значения взлетной массы и ее составляющих будут непрерывно уточняться в процессе объемно-весовой компоновки, когда на основе выбранных при аэродинамической компоновке формах и размерах самолета с учетом необходимого эксплуатационного разбега центровок определяются объемы и взаимное расположение отсеков для размещения полезной нагрузки и всех систем самолета.
В заключение отметим, что инженер любой специализации, работающий в авиакосмической промышленности, всегда должен стремиться к поиску решений, обеспечивающих минимально возможную массу изделия, агрегата, узла, детали.
Глава 10
Дата добавления: 2019-02-08; просмотров: 829;