Занятие № 1. Компоновка планера изучаемого ВС. 1. Понятие об аэродинамической компоновке планера ВС. 2. Аэродинамическая компоновка планера изучаемого ВС. 3. Интерференция конструктивных частей планера ВС. Вопрос № 1. Понятие об аэродинамической компоновке планера ВС. Летно-технические характеристики ЛА во многом определяются его аэродинамической компоновкой. Аэродинамическая компоновка как процесс - это выбор схемы взаимного расположения и геометрических параметров основных частей ЛА, обтекаемых воздухом в процессе полета, увязка их между собой с целью получения таких аэродинамических характеристик ЛА ( CYa, CX a , Ka и др.), которые позволили бы проектируемому ЛА выполнить поставленные задачи. Аэродинамическая компоновка (аэродинамическое проектирование) ЛА тесно связана с проектированием конструкции, выбором параметров силовой установки ЛА и т. д. Так, например, очевидно, что самолет с убирающимся в полете шасси будет иметь меньшее лобовое сопротивление на основных режимах полета, чем самолет с неубирающимся шасси. Однако масса самолета с убирающимся шасси при прочих равных условиях будет больше массы самолета с неубирающимся шасси за счет системы уборки, ниш для уборки шасси, более сложной конструкции стоек шасси. Это потребует увеличения мощности двигателя, соответственно, увеличения расхода топлива и т. д. И для легких нескоростных самолетов может оказаться более выгодным не убирающееся в полете шасси. Таким образом, при выборе форм, геометрических параметров частей легкого сравнительно нескоростного самолета приходится рассматривать как минимум два варианта возможных решений (самолеты с убирающимся и неубирающимся шасси), учитывая при этом не только изменения аэродинамических характеристик, но и изменения массы самолета, потребной тяги двигателя и т. д. Следовательно, аэродинамическое проектирование является неотъемлемой частью проектирования ЛА в целом. Аэродинамическая компоновка как результат аэродинамического проектирования - это облик ЛА, формы, размеры и взаимное расположение его обтекаемых частей. Рассмотрим основные геометрические параметры частей самолета, обтекаемых потоком в полете. Несущими частями самолета (в аэродинамическом аспекте) называются обтекаемые потоком части самолета, создающие подъемную силу и силы, обеспечивающие устойчивость движения и управляемость самолета. Это (рис. 7.1) крыло 1, горизонтальное оперение 2 и вертикальное оперение 3 самолета. Ненесущими частями самолета называются обтекаемые потоком части самолета, доля подъемной силы которых пренебрежимо мала по сравнению с подъемной силой несущих частей. Это фюзеляж (корпус) 4 и мотогондолы 5. Рис. 7.1. Основные части самолета (на примере АН-14 ОКБ им. О.К.Антонова) Вопрос № 2. Аэродинамическая компоновка планера изучаемого ВС. Самолет имеет следующие основные части: крыло, фюзеляж, оперение, силовую установку, взлетно-посадочные устройства. Планером самолета называют совокупность различных по назначению частей летательного аппарата: крыла, фюзеляжа, оперения. Основные его части были заложены в классической схеме самолета, построенного впервые в мире в 1882 году русским ученым Можайским. Требования, предъявляемые к летательному аппарату: 1.Обеспечить самолета; получение заданных летно-тактических характеристик 2.Иметь, возможно, меньший вес при заданной прочности; 3.Обладать достаточной жесткостью и боевой живучестью; 4.Обеспечить возможность специального оборудования; 5.Обладать хорошей технологичностью; полного производственной, использования вооружения эксплуатационной, и ремонтной 6.Обладать высокой надежностью. Форма планера и его конструкция зависят от назначения и типа самолета, его летно-тактических данных, типа и числа двигателей, устанавливаемых на самолете, вооружения и оборудования. Планеры современных самолетов, предназначенных для полета на сверхзвуковых скоростях, имеют ряд общих характерных особенностей: 1.Геометрические размеры планера и внешняя форма планера отвечают требованиям аэродинамики сверхзвуковых скоростей; 2.Конструктивно-силовые схемы планера обеспечивают наиболее рациональное использование его силовых элементов для восприятия действующих на планер нагрузок и наличие свободных объемов для размещения экипажа, топлива, вооружения, спецоборудования; 3.Материалы для изготовления отдельных деталей планера обладают высокой прочностью, термостойкостью и устойчивостью против коррозии. Планер самолета МиГ-29 (рис.2.1, 2.2) представляет собой корпус в виде меняющегося по длине и размаху профилированного центроплана с трапециевидным и стреловидным механизированным крылом (стреловидность 42° по передней кромке), с двумя разнесенными отсеками для двигателей, расположенными под центропланом, цельноповоротным горизонтальным оперением и двухкилевым вертикальный оперением. Вдоль головной части корпуса, по бокам, расположены наплывы, образующие профилированный носок несущего корпуса, увеличивающийся по размаху и переходящий в консоль крыла. Вдоль передних кромок консолей крыла размещены отклоняемые носки, а на задней части консолей - однощелевые закрылки, что обеспечивает высокие взлетнопосадочные характеристики. Для поперечного управления самолетом на крыле имеются элероны. На килях, установленных по бокам корпуса, расположены рули направления. Шасси самолета - трехопорной схемы, состоит из управляемой передней ноги и двух главных ног. Все три ноги убираются и выпускаются одновременно. Передняя нога убирается назад, а главные ноги - вперед по полету в негерметичные отсеки корпуса самолета. В головной части корпуса расположены герметическая кабина летчика. Воздухозаборники прямоугольного поперечного сечения с горизонтально расположенными панелями клиньев. Для исключения попадания посторонних предметов в двигатели при взлете и посадке самолета передняя управляемая панель каждого воздухозаборника полностью перекрывает осевой вход в воздухозаборник. В этом случае воздух поступает через дополнительные воздухозаборники, которые расположены на верхней поверхности наплыва и имеют отклоняемые створки. В хвостовой части корпуса, сверху и снизу, находятся тормозные щитки, между которыми находится гондола тормозного парашюта. Особенностью планера является то, что в нем применены крупногабаритные штамповки и прессованные панели, позволившие уменьшить количество нагруженных стыков. В целях снижения веса конструкции использованы высокопрочные алюминиевые сплавы, титановые сплавы, а также композиционные материалы на основе угле - пластика. Шпангоуты и лонжероны выполнены из титанового сплава, сталей и алюминиевых сплавов. Шпангоуты бака № 3 сварены электронно-лучевой сваркой, большинство панелей бака № 3 и центральные части шпангоутов № 6 и 7 сварены автоматической аргонодуговой сваркой. Рис. 2.1 Эксплуатационное и технологическое сочленение планера. Рис. 2.2 Конструкция планера Вопрос № 3. Интерференция конструктивных частей планера ВС Тела, находящиеся рядом в потоке воздуха, будут оказывать взаимное влияние на картину их обтекания, на аэродинамические силы. Такое взаимное влияние частей самолёта (интерференция) может быть положительным и отрицательным. Обычно части самолёта оказывают отрицательное взаимное влияние, то есть сопротивление самолёта в собранном виде больше, чем сумма сопротивлений отдельных его частей. Рассмотрим, например, взаимное влияние крыла самолёта и фюзеляжа самолёта в стыкованном виде (рис. 4.1). в месте стыка крыла и фюзеляжа (если смотреть по направлению движения воздуха) образуется сужающе-расширяющийся канал. В расширающейся части канала (диффузоре) скорость потока уменьшается, а давление от сечения к сечению увеличивается. Это способствует набуханию пограничного слоя и его обратному течению, то есть срыву пограничного слоя даже на малых углах атаки. Увеличение углов атаки ещё больше способствует срыву пограничного слоя и общему срыву потока. Вследствие срыва потока давление в этом месте уменьшается, что приводит к росту аэродинамического сопротивления. На размеры этих диффузорных «мешков» влияют форма и относительное расположение крыла и фюзеляжа. Наиболее выгодно среднее расположение крыла относительно фюзеляжа, так как при этом диффузорность менее выражена. Для улучшения аэродинамики сопрягаемых частей самолёта используют зализы. Интерференцию обычно учитывают, увеличивая С Х на 10-15%. ВР Неправильное сопряжение крыла и фюзеляжа может вызвать не только увеличение сопротивления, но и вибрацию хвостового оперения и других частей самолёта. Интерференция в аэродинамике - взаимное влияние частей самолета (например, крыла и фюзеляжа, фюзеляжа и оперения). Вследствие интерференции картина обтекания комбинации частей самолета отличается от картины обтекания этих частей, взятых изолированно друг от друга, тем, что приводит к изменению величины аэродинамических сил. Так, например, лобовое сопротивление комбинации "крыло - фюзеляж" больше суммы лобовых сопротивлений крыла и фюзеляжа, взятых в отдельности. Увеличивающееся лобовое сопротивление самолета называется вредной интерференцией. Для уменьшения вредной интерференции, например крыла и мотогондол, надо правильно выбрать их взаимное расположение по высоте и хорде, а также сделать плавными переходы от одной части к другой в местах их стыка, т. е. устроить зализы. Для уменьшения вредной интерференции применяются также сдувание или отсасывание пограничного слоя в местах стыка частей самолета и правило площадей для сверхзвуковых самолетов, согласно которому поперечные сечения фюзеляжа в области расположения крыла должны быть уменьшены (фюзеляж с узкой "талией").
