В соответствии с кодексом Международной авиационной федерации летательные аппараты делятся на классы, например:

Класс А - свободные аэростаты;

Класс В - дирижабли;

Класс С - воздушные суда, вертолеты, гидросамолеты и т.д;

Класс S - космические модели.

Помимо этого, класс С делится на четыре группы, в зависимости от силовой установки. Также, все гражданские воздушные суда группируют по классам в зависимости от их взлетной массы:

Класс первый - 75 т и более;

Класс второй - 30-75 т;

Класс третий - 10-30 т;

Класс четвертый - до 10 т.

Классификация по типам воздушных судов.

Воздушное судно - летательный аппарат, поддерживаемый в атмосфере за счет его взаимодействия с воздухом, отличным от взаимодействия с воздухом, отраженным от земной поверхности.

Самолет - летательный аппарат тяжелее воздуха для полетов в атмосфере с помощью силовой установки создающей тягу и неподвижного крыла, на котором при движении в воздушной среде образуется аэродинамическая подъемная сила.

Самолеты можно классифицировать по множеству признаков, однако они взаимосвязаны и образуют единую систему воздушных судов, которая находится в постоянном движении под воздействием множества рыночных факторов.

В зависимости от характера эксплуатации воздушные суда гражданской авиации можно классифицировать на:

1) воздушные суда авиации общего назначения (АОН);

2) воздушные суда авиации коммерческого назначения.

Воздушные судна, находящиеся в регулярной эксплуатации, то есть в сфере деятельности коммерческих авиакомпаний, осуществляющих перевозки пассажиров и грузов по расписанию относятся к коммерческой авиации. Использование же воздушного судна в личных или деловых целях относит его к категории авиации общего назначения.

Последние годы наблюдается рост популярности воздушных судов общего назначения, так как они способны выполнять задачи, несвойственные коммерческой авиации - перевозку небольших грузов, сельскохозяйственные работы, патрулирование, обучение пилотированию, авиационный спорт, туризм и т.д., а также существенно экономят время для пользователей. Последнее достигается за счет возможности летать вне расписания, способности использовать для взлета и посадки небольшие аэродромы и пользователь не тратит время на оформление и регистрацию авиабилетов и имеет возможность выбора прямого маршрута до места назначения. Как правило, воздушные суда АОН - воздушные суда, имеющие взлетную массу до 8,6 т. Однако возможно и использование большего воздушного судна.

В зависимости от назначения можно выделить две основные группы воздушных судов, не зависимо от условий эксплуатации - многоцелевые и специализированные воздушные суда.

Многоцелевые воздушные суда предназначены для решения широкого круга задач. Это достигается за счет переоборудования и переоснащения воздушного судна для решения конкретной задачи при минимальных конструктивных изменениях или без таковых. В зависимости от способности взлетать и садиться не только на аэродромы с искусственным покрытием, но и использовать для этих целей водную поверхность многоцелевые воздушные суда бывают наземного базирования и амфибийными.

Специализированные воздушные суда, ориентированы на выполнение какой-либо одной задачи.

Классификация воздушных судов возможна в зависимости от характеристики аэродинамической схемы, под которой понимают некоторую систему несущих поверхностей воздушного судна. В системе несущих поверхностей имеются главные поверхности - крылья, создающие основную долю аэродинамической подъемной силы, и вспомогательные поверхности - оперение, предназначенное для стабилизации воздушного суда и управления его полетом. Различают следующие виды аэродинамических схем, в соответствии с рисунком 2.10.

Рисунок 2.10 - Аэродинамические схемы воздушных судов

Воздушные суда по отдельным признакам аэродинамической схемы классифицируются в первую очередь по конструктивным характеристикам крыла, в соответствии с рисунком 2.11.

Также воздушные судна, возможно, классифицировать по схеме фюзеляжа - в зависимости от типа силовых элементов, в зависимости от конструктивных характеристик шасси - которые различают по расположению опор шасси, по силовой установке - в зависимости от типа двигателя, количества двигателей и их расположения.

Рисунок 2.11 - Конструктивные характеристики крыла воздушных судов

Особое значение для гражданской авиации имеет классификация воздушных судов в зависимости от их дальности полета, в соответствии с рисунком 2.12:

Ближнее магистральное (основных авиалиний) воздушное судно, с дальностью полета - 1000-2500 км;

Среднее магистральное воздушное судно, с дальностью полета - 2500-6000 км;

Дальнее магистральное воздушное судно, с дальностью полета свыше 6000 км.

Рисунок 2.12 - Классификация воздушных судов
в зависимости от зон дальности

· оборудованием пассажирских мест удобными креслами, съемными столи-ками, индивидуальным освещением, вентиляцией и сигнализацией;

· хорошей звукоизоляцией кабин;

· выполнением полетов на высотах, где «болтанка» менее возможна;

· оборудованием пассажирских кабин буфетами , гардеробами, туалетами и другими бытовыми помещениями.

Особые требования предъявляются к грузовым самолетам. К числу таких требований относятся:

· большая грузоподъемность, увеличенные размеры грузовых отсеков;

· наличие средств крепления (швартовки) грузов;

· наличие внутрисамолетных средств механизации погрузки-разгрузки.

Многие из перечисленных требований находятся в противоречии друг с другом: улучшение одних характеристик влечет ухудшение других. Например, увеличение максимальной скорости полета вызывает увеличение посадочной скорости и ухудшение его маневренных свойств; выполнение требований прочности, жесткости и живучести входит в противоречие с требованием обеспечения минимальной массы конструкции; увеличение дальности полета достигается за счет снижения массы перевозимого груза и т. п. Невозможность одновременного выполнения противоречивых требований делает невозможным создание универсального самолета или вертолета . Каждый самолет или вертолет проектируется для выполнения конкретных задач.

3.2. Классификация самолетов, вертолетов и авиадвигателей

3.2.1. Классификация самолетов

Многообразие типов самолетов и их использование в народном хозяйстве обусловило необходимость классификации их по различным признакам.

Среди многочисленных признаков, по которым можно классифицировать самолет, наиболее важным является назначение. Этот признак определяет выбор летно-технических характеристик, размеры и компоновку самолета, состав оборудования на нем и пр.

Основное назначение гражданских самолетов – перевозка пассажиров, почты и грузов, выполнение различных народнохозяйственных задач. В соответствии с этим по назначению самолеты подразделяются на: транспорт-ные, специального назначения и учебные. В свою очередь, транспортные самолеты подразделяются на пассажирские и грузовые. По максимальной взлетной массе самолеты разбиваются на классы, табл. 3.1.

Таблица 3.1

Классы самолетов

		Тип самолета
	75 и более	Ил-96, Ил-86, Ил-76Т, Ил-62, Ту-154, Ту-204
		Ан-12, Ил-18, Ил-114, Ту-134, Як-42
		Ан-24, Ан-26, Ан-30, Ил-14, Як-40
		Ан-2, Л-410, М-15

Учебные самолеты служат для подготовки и тренировки летного состава в различных учебных заведениях гражданской авиации.

Самолеты специального назначения: сельскохозяйственные, санитарные, для охраны лесов от пожаров и вредителей, для аэрофотосъемочных работ и др.

По дальности полета самолеты подразделяются на магистральные дальние (свыше 6000 км), магистральные средние (от 2500 до 6000 км), магистральные ближние (от 1000 до 2500 км) и самолеты местных воздушных линий (до 1000 км).

Грузовые самолеты в отличие от пассажирских имеют большие внутренние объемы в фюзеляже, позволяющие размещать различные грузы, более прочный пол, оснащены средствами механизации погрузо-разгрузочных работ.

Классификация самолетов приведена на рис. 3.1. Из всего многообразия конструктивных признаков выделены основные: количество и расположение крыльев; тип фюзеляжа; тип двигателей, их количество и расположение; тип шасси; тип и расположение оперения.

Рис. 3.1. Классификация самолетов

Рассмотрим особенности схем самолетов, обусловленные количеством и расположением крыльев.

По количеству крыльев самолеты подразделяются на монопланы, то есть самолеты с одним крылом, и бипланы – самолет с двумя крыльями, распо-ложенными одно над другим. Достоинством бипланов является лучшая, по сравнению с монопланом, маневренность, благодаря тому, что при равной площади крыльев размах их у биплана оказывается меньшим. Однако в следствие большого лобового сопротивления из-за наличия межкрыльевых стоек и расчалок, скорость полета биплана невелика. В настоящее время в гражданской авиации эксплуатируется самолет – биплан Ан-2.

Большинство современных самолетов выполнено по схеме моноплана.

По расположению крыла относительно фюзеляжа различают низкопланы, среднепланы и высокопланы. Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки.

Низкоплан – самолет с нижним расположением крыла относительно фюзеляжа. Именно такая схема получила наибольшее распространение для пассажирских самолетов, благодаря следующим ее достоинствам:

· небольшая высота стоек шасси, что уменьшает их вес, упрощает уборку и уменьшает объемы отсеков для размещения шасси;

· удобство обслуживания авиадвигателей при размещении их на крыле;

· при аварийной посадке на воду обеспечивается хорошая плавучесть;

· при аварийной посадке с невыпущенными шасси приземление происхо-дит на крыло, что создает меньше опасности для пассажиров и экипажа.

Недостатком такой схемы является то, что в зоне стыка крыла и фюзеляжа нарушается плавность отсекания воздуха и возникает дополнительное сопротивление, называемое интерференцией, и обусловленное взаимным влиянием крыла на фюзеляж. Кроме того, на низкоплане трудно защитить двигатели, расположенные на крыле и под крылом, от попадания пыли и грязи с взлетно-посадочной полосы аэродрома.

Среднеплан – самолет, у которого крыло расположено примерно по середине высоты фюзеляжа. Основное преимущество такой схемы – минимальное аэродинамическое сопротивление.

К недостаткам схемы относится трудность с размещением пассажиров, грузов и оборудования в средней части фюзеляжа в связи с необходимостью пропускать здесь продольные силовые элементы крыла.

Высокоплан – самолет, у которого крыло крепится к верхней части фюзеляжа.

Основные преимущества высокоплана:

· малая интерференция между крылом и фюзеляжем;

· размещение двигателей высоко от поверхности взлетно-посадочной полосы. Что уменьшает вероятность их повреждения при рулении по земле;

· хороший обзор нижней полусферы;

· возможность максимального использования внутренних объемов фюзеляжа, оборудования его средствами механизации загрузки и выгрузки крупногабаритных грузов.

К недостаткам схемы относятся:

· трудность уборки шасси в крыло;

· сложность обслуживания двигателей, расположенных на крыле;

· необходимость усиления конструкции нижней части фюзеляжа.

· По типу фюзеляжа самолеты разделяются на однофюзеляжные, двухбалочные с гондолой и «летающее крыло».

· Большинство современных самолетов имеет один фюзеляж, к которому крепятся крыло и хвостовое оперение.

· В зависимости от типа и расположения оперения различают три основные схемы:

· заднее расположение оперения;

· переднее расположение оперения (самолет типа «утка»);

· бесхвостые самолеты типа «летающее крыло».

Большинство современных гражданских самолетов выполнено по схеме с хвостовым оперением. Эта схема имеет следующие разновидности:

· центральное расположение вертикального киля и горизонтальное расположение стабилизатора;

· разнесенное вертикальное оперение;

· V – образное оперение без вертикального киля.

По типу шасси самолеты подразделяются на сухопутные и гидросамолеты. Шасси у сухопутных самолетов, как правило, колесное, иногда – лыжное, а у гидросамолетов – лодочное или поплавковое.

Самолеты различают также по типу, числу и расположению двигателей. На современных самолетах применяются поршневые (ПД), турбовинтовые (ТВД) и турбореактивные (ТРД) двигатели.

Расположение двигателей на самолете зависит от их типа, количества, габа-ритов и назначения самолета.

У многомоторных самолетов двигатели с воздушными винтами устанав-ливаются в гондолах перед крылом.

Турбореактивные двигатели располагаются чаще всего на пилонах под крылом или в хвостовой части фюзеляжа.

Достоинства первого способа: непосредственное размещение двигателей в потоке воздуха, разгрузка крыла от изгибающих и крутящих моментов, удобство обслуживания двигателей. Однако близкое от земли расположение двигателей связано с опасностью попадания в них посторонних предметов с поверхности ВПП. На самолетах с таким расположением двигателей создаются также трудности в пилотировании с одним отказавшим двигателем (полет с несимметричной тягой).

При втором способе основными достоинствами являются следующие:

· чистое от надстроек крыло имеет лучшие аэродинамические характе-ристики (имеется больше места для размещения средств механизации крыла);

· не возникает сложностей при полете с нессиметричной тягой;

· уменьшается уровень шума в кабинах самолета;

· крыло защищает двигатели от грязи при движении самолета по земле;

· обеспечивается удобное обслуживание двигателей.

Однако такая схема размещения двигателей имеет и серьезные недостатки:

· горизонтальное оперение необходимо переносить вверх и усиливать киль;

· фюзеляж в зоне расположения двигателей необходимо усиливать;

· центровка самолета по мере выгорания топлива перемещается назад, уменьшая устойчивость самолета.

3.2.2. Классификация вертолетов

Классифицируются вертолеты по различным признакам, например, по величине максимальной взлетной массы (табл. 3.2), по виду привода несущего винта, количеству и расположению несущих винтов или способу компенсации реактивного момента этих винтов.

Таблица 3.2

Классы вертолетов

	Максимальная взлетная масса, т	Тип вертолета
	10 и более	Ми-6, Ми-10К, Ми-26
		Ми-4, Ми-8, Ка-32
		Ка-15, Ка-18

У большинства современных вертолетов несущий винт приводится во вращение через трансмиссию от двигателей. Несущий винт при вращении испытывает действие реактивного момента Мреакт, являющегося реакцией воздуха и равного Мкр – крутящему моменту на валу несущего винта. Этот момент стремится вращать фюзеляж вертолета в сторону, противоположную вращению винта. Способ уравновешивания реактивного момента крутящего винта в основном определяет схему вертолета.

Одновинтовая схема вертолета в настоящее время является наиболее распространенной. Вертолеты такой схемы имеют рулевой винт, который выносится на длинной хвостовой балке за плоскость вращения несущего винта. Тяга, создаваемая рулевым винтом, позволяет уравновесить реактивный крутящий момент несущего винта. Изменяя величину тяги рулевого винта, можно осуществлять путевое управление, то есть поворот вертолета относительно вертикальной оси.

Вертолеты одновинтовой схемы проще других в изготовлении и эксплуатации и поэтому позволяют получить относительно меньшую стоимость летного часа. Такие вертолеты компактны, имеют мало выступающих в поток частей и позволяют достигать большей чем при других схемах скорости полета. Иногда для увеличения скорости на таких вертолетах может устанавливаться крыло. При подлете с горизонтальной скоростью на крыле создается подъемная сила, в результате чего несущий винт частично разгружается.

Затраты мощности (8…10%) двигателя на привод рулевого винта, а также наличие длинной хвостовой балки и несущего винта большого диаметра, увели-чивающих габариты вертолета, являются недостатками данной схемы.

У вертолетов двухвинтовой схемы уравновешивание реактивного крутящего момента достигается сообщением винтам противоположного вращения. Двухвинтовые вертолеты могут иметь различное расположение несущих винтов.

При соосной схеме вал верхнего несущего винта проходит через полый вал нижнего. Плоскости вращения винтов удалены друг от друга на такое расстояние, что бы исключить столкновение между лопастями верхнего и нижнего винтов на всех режимах полета.

Путевое управление вертолета соосной схемы обеспечивается за счет установки лопастей верхнего и нижнего винтов на разные углы атаки. Возникающая при этом разность крутящих моментов на несущих винтах вызывает поворот вертолета в требуемую сторону. Иногда для улучшения путевого управления такие вертолеты снабжают рулями поворота, действие которых подобно действию аналогичных рулей на самолете. Продольное и поперечное управление осуществляется одновременным наклоном плоскостей вращения обоих несущих винтов.

Вертолеты с соосными винтами наиболее компактны и маневренны, имеют высокую весовую отдачу. Однако сложность конструкции удорожает их произ-водство и вызывает трудности при эксплуатации, особенно в регулировке несущей системы.

При продольной схеме несущие винты устанавливаются на концах фюзеляжа. Винты, вращающиеся в противоположные стороны, синхронизи-рованы так, что лопасти одного винта при вращении всегда проходят между лопастями другого.

Достоинством вертолетов такой схемы является длинный, емкий фюзеляж, внутри которого можно перевозить крупногабаритные грузы. В остальном они уступают вертолетам одновинтовой схемы.

Вертолеты поперечной схемы имеют два несущих винта, расположенных в одной плоскости по бокам фюзеляжа и вращающихся в противоположные стороны. С точки зрения аэродинамики такая схема расположения несущих винтов является наиболее целесообразной, но крылья, воспринимающие нагрузки от несущих винтов, значительно утяжеляют конструкцию вертолета.

3.2.3. Классификация авиадвигателей

Силовая установка предназначена для создания тяги. Она включает в себя двигатели, воздушные винты, гондолы двигателей, топливную и масляную системы, системы управления двигателями и винтами и др.

В зависимости от конструктивной схемы и характера рабочего процесса двигатели классифицируются на поршневые (ПД) и газотурбинные (ГТД). В свою очередь газотурбинные двигатели подразделяются на: турбореактивные (ТРД), турбовинтовые (ТВД), двухконтурные турбореактивные (ДТРД) и турбо-вентиляторные, рис. 3.2.

Рис. 3.2. Классификация авиационных двигателей

ТРД имеют малую массу, компактные и надежные, поэтому занимают доминирующее положение на магистральных самолетах.

ТВД по сравнению с турбореактивными имеют более высокую топливную эффективность, однако их конструкция существенно утяжелена и усложнена воздушным винтом, вызывающим к тому же дополнительные шумы и вибрации. ТВД устанавливают на крыле и в носовой части фюзеляжа. Наличие воздушного винта на ТВД ограничивает другие варианты их расположения на самолете.

ТРД устанавливают на крыле, под крылом на пилонах, внутри фюзеляжа, по его бортам в хвостовой части. Каждая схема размещения имеет свои преимущества и недостатки и выбирается с учетом типа и числа двигателей, аэродинамических, прочностных, массовых и других особенностей самолетов, условия их эксплуатации.

Поршневые двигатели работают на авиационном бензине марок Б-70 и Б-95/130. Тепловая энергия сгоревшего в цилиндрах топлива преобразуется в механическую и передается воздушному винту, который создает необходимую для полета тягу. Газотурбинные двигатели работают на авиационном керосине марок Т-1, ТС-1, РТ-1 и др.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое «безопасность полетов» и чем она обеспечивается?

2. Чем достигается «экономичность эксплуатации»?

3. По каким направлениям обеспечивается «комфорт пассажиров»?

4. По каким признакам и критериям классифицируются самолеты? Недостатки и преимущества различных конструктивных схем самолетов.

5. Классификация вертолетов. Каковы преимущества и недостатки различных конструктивных схем вертолетов?

6. Дайте классификацию авиационных двигателей.

ГЛАВА 4

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

САМОЛЕТОВ

Аэрогидромеханика (механика жидкости и газа) – наука, изучающая законы движения и равновесия жидкостей и газов и их силового взаимодействия с обтекаемыми телами и граничными поверхностями. Механика жидкого тела называется гидромеханикой , механика газообразного тела – аэромеханикой .

Развитие воздухоплавания, авиации и ракетостроения вызывало особый интерес к исследованиям силового взаимодействия воздуха и других газообразных сред с движущимися в них телами (крылом самолёта, фюзеляжем, винтом, дирижаблем, ракетами и др.).

Проектирование и расчёт самолетов (вертолетов) основываются на результатах, полученных при аэродинамических исследованиях. С учетом аэродинамики можно выбрать рациональную внешнюю форму самолета (принимая во внимание взаимное влияние его частей) и установить допустимые отклонения во внешней форме, размерах и т. д. при производстве.

Для аэродинамического расчета самолета, т. е. для определения возможного диапазона скоростей, высоты и дальности полета, а также для определения таких характеристик, как устойчивость и управляемость самолета, необходимо знать силы и моменты, действующие на самолет в полете. Для расчета летательного аппарата на прочность, надежность и долговечность необходимо знать величины и распределение аэродинамических сил по поверхности летательного аппарата. Ответ на эти вопросы дает аэродинамика .

Очень важным является определение аэродинамических характеристик летательного аппарата и его частей при полете со сверхзвуковыми скоростями, так как в этом случае возникает дополнительная задача определения температуры на поверхности обтекаемого тела и теплообмена между телом и средой.

Аэродинамика играет большую роль не только при проектировании и расчете самолета (вертолета), но и при его летных испытаниях. С помощью данных аэродинамики и летных испытаний устанавливают допустимые для самолета величины деформаций, скоростей, а также режимы полета, при которых имеют место вибрации, тряска самолета и т. д.

Согласно принципу механического взаимодействия нескольких движущихся тел силы, действующие на тела, зависят от их относительного движения. Суть относительного движения заключается в следующем: если в неподвижной воздушной среде тело (например, самолет в воздухе) движется прямолинейно и равномерно со скоростью V∞, то при одновременном сообщении среде и самолету обратной скорости V∞ получается так называемое «обращённое» движение, т. е. на неподвижное тело набегает воздушный поток (например, поток воздуха в аэродинамической трубе на неподвижную модель самолета), при этом скорость невозмущенного потока равна V∞. И в том, и в другом случае уравнения, описывающие относительное движение самолета и воздуха, будут инвариантными. Таким образом, аэродинамические силы зависят только от относительного движения тела и воздуха.

Для определения аэродинамических характеристик тел (например, крыла, фюзеляжа и других частей летательного аппарата), обтекаемых воздушным потоком, в настоящее время используется синтез теоретических и экспери-ментальных методов: теоретические расчеты с введением экспериментальных поправок или экспериментальные исследования с учетом теоретических поправок (на влияние вариации критериев подобия, граничных условий и т. д.). И в том, и в другом случаях для расчетов и обработки экспериментальных данных широко используются ЭЦВМ. После создания летательного аппарата завершающим этапом являются летные испытания – эксперимент в натурных условиях. Непосредственно измерить аэродинамические силы (как, например, в аэродинамических трубах) при летных испытаниях затруднительно. Аэродинамические характеристики определяются путем обработки измеренных во время испытаний параметров движения летательного аппарата относительно воздуха. Для получения достаточного количества опытных данных полеты производятся на различных режимах.

Аэродинамика подразделяется на два раздела: аэродинамику малых скоростей и аэродинамику больших скоростей. Принципиальное различие этих разделов состоит в следующем. Когда скорости течения газа невелики по сравнению со скоростью распространения звука, при аэродинамических расчетах газ считается практически несжимаемым и изменения плотности и температуры газа внутри потока не учитываются. При скоростях, соизмеримых со скоростью звука, явлением сжимаемости газа пренебречь нельзя.

Задача аэродинамики – определение аэродинамических сил, от которых зависят летные данные летательных аппаратов.

Аэродинамика как наука развивается в двух направлениях: экспериментальном и теоретическом. Теоретическая аэродинамика находит решения путём анализа основных законов гидроаэродинамики. Однако из-за сложности процессов, происходящих при обтекании тел потоком воздуха, решения при этом получаются приближенными и требуют экспериментальной проверки. Экспериментальные аэродинамические исследования проводятся в аэродинамических трубах или непосредственно в ходе летных испытаний летательных аппаратов. Летные испытания позволяют получить наиболее достоверные результаты. Они проводятся, как правило, уже после того, как проведены испытания в аэродинамических трубах.

Аэродинамическими трубами называются устройства, в которых искус-ственно создается воздушный поток, обдувающий изучаемые тела.

На рис. 4.1 показана схема аэродинамической трубы. Вентилятор – 2 приво-дится во вращение электродвигателем – 1, позволяющим менять обороты вентилятора и скорость воздушного потока. Воздух, всасываемый венти-лятором, пройдя через обратный канал – 4, поступает через сужающееся сопло – 7 в рабочую часть – 6, где помещается испытуемая модель – 5. Для потерь энергии воздуха и предотвращения появления вихрей при поворотах потока служат направляющие лопатки – 9, а для создания равномерного потока в рабочей зоне – спрямляющая решетка – 8. Расширяющийся диффузор - 3 уменьшает скорость и соответственно повышает давление воздушного потока, что позволяет уменьшить энергию, необходимую для вращения вентилятора.

Рис. 4.1. Схема аэродинамической трубы: 1 – электродвигатель; 2 – венти-лятор; 3 – диффузор; 4 – обратный канал; 5 – испытуемая модель; 6 – рабочая часть аэродинамической трубы; 7 – сопло; 8 – спрямляющая решетка; 9 – на-правляющие лопатки

Для определения аэродинамических сил, действующих на испытываемую модель, применяются аэродинамические весы. Давление на различных участках поверхности модели измеряются через специальные отверстия, соединенные с манометрами.

4.2. Характеристика воздушной среды

Атмосферой называется газообразная оболочка, окружающая земной шар и вращающаяся вместе с ним. Верхняя часть атмосферы состоит из ионизиро-ванных частиц, захваченных магнитным полем Земли. Атмосфера плавно переходит в космическое пространство и её точную высоту установить трудно. Условно высота атмосферы принимается равной 2500 км: на этой высоте плотность воздуха близка к плотности космического пространства. Исследование состояния атмосферы представляет большой интерес для авиации, так как от свойств атмосферы зависят летно-технические характе-ристики летательных аппаратов. Особенно большое влияние на летные качес-тва самолетов оказывают метеорологические условия.

С увеличением высоты падают давление и плотность воздуха. Параметры атмосферного воздуха зависят от координат места и изменяются с течением времени в определенных пределах. Значительное воздействие на состояние атмосферы оказывает солнечное излучение. Атмосфера находится в непрерывном взаимодействии с космосом и землей.

Атмосфера состоит из нескольких слоев: тропосферы, стратосферы, химосферы, ионосферы, мезосферы и экзосферы, каждый их которых характеризуется различным изменением температуры в зависимости от высоты.

В тропосфере температура уменьшается с высотой в среднем на 6,5оС через каждые 1000 м. В стратосфере температура остается почти постоянной. В химосфере теплый слой воздуха лежит между двумя холодными слоями, поэтому там существуют два температурных градиента: внизу в среднем +4оС на 1000 м, а вверху - 4,5оС на 1000 м. В ионосфере температура возрастает с высотой в среднем на 10оС через каждые 1000 м. В мезосфере температура уменьшается в среднем на 3оС через каждые 1000 м.

Все слои отделяются друг от друга зонами толщиной 1…2 км, называемыми паузами: тропопаузой, стратопаузой, химопаузой, ионопаузой, мезопаузой.

Наибольший интерес для авиации в настоящее время представляют нижние слои атмосферы, в частности, тропосфера и стратосфера.

Многолетние наблюдения состояния атмосферы в различных местах земного шара показали, что значения температуры, давления и плотности воздуха изменяются в зависимости от времени и координат в весьма широких пределах, что не позволяет точно предсказывать состояние атмосферы в мо-мент полета. Например, в Сибири температура воздуха зимой на уровне океана иногда достигает 2130 К, а летом 3030 К, т. е. в течение года она изменяется на 900К. В средних широтах температура изменяется примерно на 700К. В изме-нениях температуры на различных высотах также наблюдаются значительные колебания.

Значителен диапазон колебаний давления: в средних широтах на уровне океана оно изменяется от 1,04 до 0,93 бар (1 бар = 105 Н/м2). Соответственно изменяется и плотность воздуха (в пределах ±10%).

Отсутствие определенности в состоянии атмосферы у Земли и в изменении ее состояния с увеличением высоты создает серьезные затруднения при аэроди-намических расчетах летных характеристик самолетов, которые, как уже отме-чалось, существенно зависят от состояния атмосферы. Необходимость унифи-кации расчетов, связанных с летательными аппаратами, при решении прак-тических задач, например, единообразное градуирование различных летных приборов (измерители скорости, махометры и т. п.), пересчет летных характе-ристик самолетов, полученных в конкретных атмосферных условиях, на другие привела к созданию условных характеристик атмосферы – стандартов. Такие характеристики были введены в форме условной стандартной атмосферы (СА), которая имеет вид таблицы численных значений физических параметров атмосферы для ряда высот.

4.3. Общие сведения о законах аэродинамики

Аэродинамика дает качественное объяснение природы возникновения аэро-динамических сил и с помощью специальных уравнений позволяет получить их количественную оценку.

При изучении движения газов исходят из предположения, что эти среды являются сложными с непрерывным распределением вещества в пространстве. Поток газа (в дальнейшем – воздуха) в аэродинамике принято представлять в виде отдельных элементарных струек – замкнутых контуров в виде трубок, через боковую поверхность которых воздух перетекать не может, рис. 4.2. Если в любой точке пространства скорость, давления и другие характерные величи-ны постоянны по времени, то такое движение называется установившимся.

Применим к течению воздуха в струйке два наиболее общих закона приро-ды: закон сохранения массы и закон сохранения энергии.

Для случая установившегося движения закон сохранения массы сводится к тому, что через каждое поперечное сечение струйки в единицу времени проте-кает одна и таже масса воздуха, то есть:

ρ1f1V1= ρ2f2V2=const,

где: ρ – массовая плотность воздуха в соответствующих сечениях струйки;

f – площадь сечения струйки;

V – скорость воздуха.

Это уравнение называется уравнением неразрывности струи.

Произведение ρfV представляет собой секундный массовый расход возду-ха, проходящего через каждое поперечное сечение струйки.

Для малых скоростей течения (М < 0,3), когда сжимаемостью воздуха мож-но пренебречь, то есть когда ρ1 = ρ2 = const, уравнение неразрывности прини-мает вид:

f1V1= f2V2=const.

Из этого уравнения видно, что при М < 0,3 скорость течения в струйке обратно пропорциональна площади ее поперечного сечения.

По мере увеличения скорости она начинает все заметнее влиять на изменение плотности. Например, при скоростях, соответствующих М > 1, рост скорости возможен лишь при увеличении площади поперечного сечения струйки.

https://pandia.ru/text/78/049/images/image012_75.gif" width="29" height="38 src=">, а потенциальная энергия, равная работе силы тяжести относительно некоторого условного уровня, – mgh1. Помимо этого воздух, находящийся выше первого сечения, производит работу, продвигая находя-щуюся впереди массу воздуха. Эта работа определяется как произведение силы давления P1f1 на путь V1Δτ. Таким образом, энергия воздуха, передаваемая за время Δτ через сечение I-I, составит:

Таким образом, на основании уравнения Бернулли можно сделать вывод, что при установившемся движении сумма статического давления и динамичес-кого давления есть величина постоянная.

Существует два основных вида: военные и гражданские . Конструкции первого типа используется для выполнения различных стратегических задач, преимущественно для обороны или, наоборот, уничтожения военных объектов. В пределах данного семейства сформирована сложная сетка, состоящая из сложной системы подгрупп. Гражданские лайнеры бывают пассажирскими и грузовыми, подробнее основные виды самолетов рассмотрены ниже.

Стоит отметить, что существует множество групп по различным признакам и невозможно выделить единой наиболее общей. Так, существуют следующие классификации самолетов: по аэродинамической схеме, по хвостовому оперению, по количеству и типу крыльев и так далее.

В рамках одной статьи все классификации рассмотреть невозможно. Более того, подробному описанию классификаций и видам самолетов посвящено огромное количество литературы. Поэтому здесь мы рассмотрим наиболее распространенное деление.

Пожалуй, начать стоит именно с техники, используемой в стратегических целях, так как в данной категории насчитывается больше видов. В основном такие самолеты можно увидеть на парадах, посвященным Дню Великой Победы, в фильмах или в музеях.

Бомбардировщики

Основная задача, которую должны выполнять бомбардировщики, заключается в поражении наземных объектов с воздуха. Для этого используются бомбы и ракеты. В списке наиболее известных бомбардировщиков находятся Су-24, Су-34, ХВ-70 Valkyrie, Boeing B-17.

Первым самолетом данного типа можно назвать «Илью Муромца», созданного в 1913 году конструктором Игорем Сикорским. Непосредственно под бомбардировщик он был переоборудован в ходе Первой мировой войны.

Истребители

Эти самолеты используются для уничтожения воздушных целей. Однако несмотря на такое звучное и довольно агрессивное название, истребители относятся к классу оборонной техники, и отдельно для наступления эти самолеты, как правило, не используются. Любопытно, что сначала пилоту истребителя приходилось, управляя судном, стрелять по противнику из револьвера, который позже уступил место пулемету. Во времена Второй мировой войны активно использовались истребители, например, ЛаГГ-3, МиГ-3, Як-1. Немецкие пилоты летали на Bf. 109, Bf. 110 и Fw 190.

Истребители-бомбардировщики

Универсальная техника, совмещающая в себе качества двух самолетов, описанных выше. Их главным преимуществам стало то, что они могут наносить огонь по наземным целям без прикрытия. Они сочетают три важнейших особенности: легкость, маневренность и достаточное для ведения перестрелки вооружение. В числе наиболее распространенных примеров находятся МиГ-27, Су-17, F-15E Strike Eagle, SEPECAT Jaguar.

Истребитель-бомбардировщик Lockheed Martin F-35 Lightning II

Перехватчики

Это подвид истребителей, достойный отдельного класса. Первоочередная задача таких самолетов - уничтожение вражеских бомбардировщиков. От истребителей они отличаются наличием радиолокационного оборудования вдобавок к скорострельным пушкам. К широко известным советским моделям относятся Су-9, Су-15, Як-28, Миг-25 и другие.

Штурмовики

Самолеты из данной категории были разработаны для воздушной поддержки сухопутных войск во время ведения боя. Второстепенная задача - поражение морской и наземных объектов. Пожалуй, самое известное название самолетов, предназначенных для штурмовки и спроектированных в Советском Союзе - Ил-2. Интересно, что именно эта модель является самой массово производимой в истории: было выпущено в общей сложности 36 183 единиц данной техники.

Самолеты гражданской авиации

Сегодня воздушный транспорт является одним из наиболее востребованных средств перемещения. В современном мире насчитывается столько единиц пассажирской техники, что каждые 3 секунды где-нибудь на земном шаре совершает посадку один пассажирский лайнер. Ниже приведена наиболее общая классификация самолетов.

Пассажирский широкофюзеляжный двухпалубный самолет Airbus А380

Широкофюзеляжные

Такие самолеты отличаются крупными габаритами, они разрабатываются для перелетов на средние и большие дистанции (некоторые модели преодолевают маршруты протяженностью до 11 000 км). Длина корпуса может достигать 70 метров, а ширина салона позволяет вмещать по 7-10 кресел в ряд. Такие самолеты, как, например, Boeing 747 и А380 имеют две палубы. Ввиду дороговизны лайнеры из данной группы находятся в распоряжении относительно небольшого количества авиакомпаний.

Узкофюзеляжные

Это самая большая группа, лайнеры из которой используются, как правило, для маршрутов малой или средней протяженности. Диаметр фюзеляжа чаще всего не превышает 4-х метров. Самый известных самолет из данной категории - Boening 737, точнее, 10 типов воздушных судов, относящихся к семейству «Боинг 737».

Региональные и местные

К первым относятся небольшие воздушные суда, которые перевозят до 100 пассажиров на расстояния, не превышающие 2-3 тыс. км. Примечательно, что могут использоваться как турбовинтовые, так и реактивные двигатели. В качестве примера самолетов из данной группы можно упомянуть ERJ, ATR, Dash-8 и SAAB.

Местные воздушные суда преодолевают за раз маршруты протяженностью не более 1000 км, в салоне предусмотрено максимум 20 мест. Наиболее известными производителями данной техники являются компании Cessna и Beechcraft.

Вконтакте

Классификация самолетов может быть дана по различным признакам - по назначению, по аэродинамической схеме, по типу двигателей, по летно-техническим параметрам и т.п.

(аэродинамическая схема самолета, схема крыла, схема оперения, схема шасси, схема фюзеляжа, силовая установка).

Качества самолета и его эффективность определяются целым рядом характеристик и параметров,

наиболее важные из которых следующие:

взлетная масса,

масса целевой нагрузки,

максимальная скорость,

крейсерская скорость,

потолок,

дальность полета,

скороподъемность,

маневренность,

взлетно-посадочные характеристики,

надежность и безопасность эксплуатации,

ресурс.

Конструкция самолета должна отвечать многим требованиям, выработанным на основе многолетнего опыта

проектирования, производства и эксплуатации самолетов. Основным требованием всегда будет требование

обеспечения высокой эффективности самолета при

определенных затратах на его разработку, создание и эксплуатацию. Выполнение этого требования обеспечивается

высоким уровнем аэродинамического совершенства и

совершенства силовой установки, авиационного и радиоэлектронного оборудования самолета, достаточной

прочностью и жесткостью конструкции, высокой надежностью,

живучестью и безопасностью полета при заданном ресурсе самолета, его хорошими эксплуатационными качествами, а также высоким уровнем технологичности конструкции. Все эти требования должны выполняться при наименьшей массе конструкции и самолета в целом. Последнее требование является важнейшим для любого самолета, т.к. перетяжеление конструкции всегда приводит к увеличению

общей массы самолета и к снижению его эффективности.

карта маршрутов самолета Ил-96-300.

карта маршрутов самолета Ту-204

При изучении разделов комплекса можно дополнительно использовать источники:

Житомирский Г. И. Конструкция самолетов - М.: Машиностроение, 1995. - 416 с.

Гребеньков О.А. Конструкция самолетов. - М.: Машиностроение, 1984. - 238 с.

Егер С.М., Мишин В.Ф., Лисейцев Н.К. Конструкция самолетов. - М.: Машиностроение, 1983. - 616 с.

Шульженко М.Н. Конструкция самолетов - М.: Машиностроение, 1971. - 416 с. и др.

Основные агрегаты самолета

Самолеты относятся к летательным аппаратам тяжелее воздуха, им характерен аэродинамический принцип полета. У само­летов подъемная сила Y создается за счет энергии воздушного по­тока, омывающего несущею поверхность, которая неподвижно закреплена от­носительно корпуса, а поступательное движение в заданном направ­лении обеспечивается тягой силовой установки (СУ) самолета.

Различные типы самолётов имеют одни и те же основные агрегаты (составные части): крыло , вертикальное (ВО) и горизонтальное (ГО) оперение , фюзеляж , силовую установку (СУ) и шасси (рис 2.1).

Рис. 2.1. Основные элементы конструкции самолета

Крыло самолета1 создает подъемную силу и обеспечивает попе­речную устойчивость самолету при его полете.

часто крыло является силовой базой для размещения шасси, двигателей, а его внутренние объемы используют для размещения топлива, оборудования, различных узлов и агрегатов функциональных систем.

Для улучшения взлетно-посадочных характеристик (ВПХ) современных самолетов на крыле устанавливаются средства механизации по передней и задней кромкам. По передней кромке крыла размещают предкрылки , а по задней - закрылки10 , интерцепторы12 и элероны-интерцепторы .

В силовом отношении крыло представляет собой балку сложной конструкции, опорами которой являются силовые шпангоуты фюзеляжа.

Элероны11 являютсяорганами поперечного управления. Они обеспечивают поперечную управляемость самолета.

В зависимости от схемы и скорости полета, геометрических па­раметров, конструкционных материалов и конструктивно-силовой схемы масса крыла может составлять до 9…14 % от взлетной массы само­лета.

Фюзеляж13 объединяет основные аг­регаты самолета в единое целое, т.е. обеспечивает замыкание сило­вой схемы самолета.

Внутренний объем фюзеляжа служит для размеще­ния экипажа, пассажиров, грузов, оборудования, почты, багажа, средств спасения людей на случай возникновения аварийных ситуа­ций. В фюзеляжах грузовых самолетов предусмотрены развитые погрузочно-разгрузочные системы, устройства быстрой и надежной швар­товки грузов.

Функцию фюзеляжа у гидросамолётов выполняет лодка, которая позволяет производить взлет и посадку на воду.

фюзеляж в силовом отношении является тонкостенной балкой, опорами которой являются лонжероны крыла, с которыми он связан через узлы силовых шпангоутов.

масса констру­кции фюзеляжа составляет 9…15 % от взлетной массы самолета.

Вертикальное оперение5 состоит из неподвижной части киля4 и руля направления (РН) 7 .

Киль 4 обеспечивает самолету путевую устойчивость в плоскости X0Z , а РН - путевую управляемость относительно оси 0y .

Триммер РН 6 обеспечивает снятие длительных нагрузок с педалей, например, при отказе двигателя.

Горизонтальное оперение9 включает в себя неподвижную или ограниченно подвижную часть (стабилизатор2 ) и подвижную часть – руль высоты (РВ) 3 .

Стабилизатор 2 придает самолету продольную устойчивость, а РВ 3 - продольную управляемость. РВ может нести на себе трим­мер 8 для разгрузки штурвальной колонки.

Масса, конструкции ГО и ВО обычно не превышает 1,3…3 % от взлетной массы самолета.

Шасси самолета 16 относится к взлетно-посадочным устройствам (ВПУ), которые обеспечивают разбег, взлет, посадку, пробег и маневрирование само­лета при движении по земле.

Число опор и расположение их относительно центра масс (ЦМ) самолета за­висит от схем шасси и особенностей эксплуатации самолета.

Шасси самолета, показанного на рис.2.1, имеет две основные опоры16 и одну носовую опору17 . Каждая опора включает в себя силовую стой­ку18 и опорные элементы - колеса15 . Каждая опора может иметь несколько стоек и несколько колес.

Чаще всего шасси самолета дела­ют убирающимися в полете, поэтому для его размещения предусматри­вают специальные отсеки в фюзеляже 13. Возможна уборка и размещение основных опор шасси в специальных гондолах (или мотогондолах), обтекателях14 .

Шасси обеспечивает поглощение кинетической энергии удара при посадке и энергии торможения на пробеге, рулении и при маневрировании самолета по аэродрому.

самоле­ты-амфибии могут совершать взлет и посадку, как с наземных аэродромов, так и с водной поверхности.

Рис.2.2. Шасси самолета-амфибии.

на корпусе гидросамолета устанавливают колесно­е шасси, а под крылом размещают поплавки1 ,2 (рис.2.2).

Относительная масса шасси обычно составляет 4…6% от взлетной массы самолета.

Силовая установка 19 (см.рис.2.1), обеспечивает создание силы тяги самолета.Она состоит из двигателей, а также сис­тем и устройств, обеспечивающих их работу в условиях летной и наземной эксплуатации самолета.

У поршневых двигателей сила тяги создается воздушным винтом, у турбовинтовых - воздушным винтом и частично реакцией газов, у реактивных - реакцией газов.

В СУ входят: узлы крепления двигателей, гондола, управление СУ, входные и выходные устройства двигателей, топливная и масляная системы, системы запуска двигателя, противопожарная и противообледенительная системы.

Относительная масса СУ в зависимости от типа двигателей и схе­мы размещения их на самолете может достигать 14…18 % от взлетной мас­сы самолета.

2.2. Технико-экономические и летно-технические
характеристики самолетов

Технико-экономическими характеристиками самолетов являются:

Относительная масса полезной нагрузки:

`m пн = m пн /m 0

где m пн - масса полезной нагрузки;

m 0 - взлетная масса самолета;

Относительная масса максимальной платной нагрузки:

`m кнmах = m кнmах / m 0

где m кнmах масса максимальной коммерческой нагрузки;

Максимальная часовая производительность:

П ч = m кнmах ∙v рейс

где v рейс - рейсовая скорость самолета;

Расход топлива на единицу производительности q Т

К основным летно-техническим характеристикам самолетов отно­сят:

Максимальную крейсерскую скорость v кр.mах ;

Крейсерскую экономическую скорость V к p .эк ;

Высоту крейсерского полета Н к p ;

Дальность полета с максимальной платной нагрузкой L ;

Среднее значение аэродинамического качества К в полете;

Скороподъемность;

Грузоподъемность, которая определяется массой пассажиров, грузов, багажа, перевозимой на самолете при заданной полетной мас­се и запасе топлива;

Взлетно-посадочные характеристики (ВПХ) самолета.

Основными параметрами, характеризующими ВПХ, являются ско­рость захода на посадку - V з.п ; посадочная скорость - V п ;скорость отрыва при взлете - V omp ; длина разбега при взле­те - l раз ; длина пробега при посадке - l np ; максимальное значение коэффициента подъемной силы в посадочной конфигура­ции крыла - С у max п ;максимальное значение коэффициента подъемной силы во взлетной конфигурации крыла С у max взл

Классификация самолетов

Классификацию самолетов проводят по многим критериям.

Одним из основных критериев классификации самолетов являет­ся критерий по назначению . этот критерий предопределяет летно-технические характеристики, геометрические параметры, компоновку и состав функциональных систем самолета.

По своему назначению самолеты подразделяют на гражданские и военные . Как первые, так и вторые самолеты классифицируют в зависимости от вида выполняемых задач.

Ниже рассмотрена классификация только гражданских самолетов.

Гражданские самолеты предназначены для перевозки пассажиров, почты, грузов, а также для решения разнообразных народнохозяйственных задач.

Самолеты под­разделяют на пассажирские , грузовые , экспериментальные , учебно-тренировочные , а также на самолеты целевого народнохозяйствен­ного назначения .

Пассажирские самолеты в зависимости от дальности полета и грузоподъемности подразделяют на:

- дальние магистральные самолеты – дальность полета L >6000 км;

- средние магистральные самолеты - 2500 < L < 6000 км;

- ближние магистральные самолеты - 1000< L < 2500 км;

- самолеты для местных воздушных линий (МВЛ) - L <1000 км.

Дальние магистральные самолеты (рис. 2.3) с дальностью поле­та более 6000 км, обычно, оснащаются СУ из четырех ТРДД или винтовентиляторных двигателей, что позволяет повысить безопас­ность полета в случае отказа одного или двух двигателей.

Средние магистральные самолеты (рис. 2.4, рис. 2 .5) имеют СУ из двух-трех двигателей.

Ближнемагистральные самолеты (рис. 2.6) при дальности полета до 2500 км имеют СУ из двух-трех двигателей.

Самолеты местных воздушных авиалиний (МВЛ) эксплуатируются на авиационных трассах протяжен­ностью менее 1000 км, а их СУ может состоять из двух, трех и да­же четырех двигателей. Увеличение числа двигателей до четырех обу­словлено стремлением обеспечить высокий уровень безопасности поле­тов при большой интенсивности взлетов-посадок, характерных для са­молетов МВЛ.

К самолетам МВЛ можно отнести административные само­леты, которые рассчитаны на перевозку 4…12 пассажиров.

Грузовые самолеты обеспечивают перевозку грузов. Эти самолеты в зависимости от дальности полета и грузоподъемности могут подразделяться аналогично пассажирским. перевозка грузов может осуществляться как внутри грузовой кабины (рис.2.7), так и на внешней подвеске фюзеляжа (рис. 2.8).

Учебно-тренировочные самолеты обеспечивают подготовку и тренировку летного состава в учебных заведениях и центрах подготовки гражданской авиации (рис.2.9)Такие самолеты часто изготовляют двухместными (инструктор и стажер)

Экспериментальные самолеты создаются для решения конкретных научных проблем, проведения натурных исследований непосредственно в полете, когда необходима проверка выдвигаемых гипотез и конструктивных решений.

Самолеты народнохозяйственного назначения в зависимости от целевого использования разделяются на сельскохозяйственные, патрульные, наблюдения за нефте- и газопроводами, лесными массивами, прибрежной зоной, дорожным движением, санитарные, ледовой разведки, аэрофотосъемки и др.

Наряду со специально спроектированными для этих целей самолетами под целевые задачи могут переоборудоваться самолеты МВЛ малой грузоподъемности.

Рис. 2.7. Грузовой самолет