Il2U.RU ИЛ-2
2010-07-16

Радиоуправляемые модели-копии планеров. Класс F-4-D : Авиамоделизм ...

Первым самолетом, который смог самостоятельно оторваться от земли и совершить горизонтальный полет, стал «Флайер», построенный братьями Орвилом и Уилбуром Райт в США. Первый полет самолета в истории был осуществлен 17 декабря 1903 года. «Флайер» продержался в воздухе 59 секунд и пролетел 260 метров. В настоящее время самолеты стали неотъемлемой частью как воздушного пассажирского и грузового транспорта, так и военно-воздушной техники.      ТП-формулировка задачи Словесная формулировка задачи Для повышения скорости полета самолета требуется снизить сопротивление движению самолета со стороны воздуха, что достигается, в частности, уменьшением площади крыльев (S). Но тогда ухудшаются взлетно-посадочные характеристики самолета. Объекты задачи (ОЗ) – Самолет, Взлетно-Посадочная Полоса (ВПП), Атмосфера. Цель задачи (ЦЗ) – улучшение эффективности полета (параметр «Полет») и эффективности взлета и посадки (параметр «Взлет-Посадка») самолета. Надцель задачи (НадЦЗ) – «самолетное задание». Примечание 1. Несмотря на то, что задача о самолете может быть сформулирована как для гражданской, так и для военной авиации, далее эта задача будет рассматриваться, в основном, в применении к военным самолетам. Примечание 2. Любое уточнение НадЦЗ существенно помогает в выборе объектов и внеобъектов задачи, которые следует рассматривать в первую очередь. Графическая формулировка задачи Диаграммная формулировка задачи Проходной путь решения задачи Как достичь цели задачи за счет изменения узлового объекта задачи (Самолет)? Направления решения НР1. Компромиссные решения. Компромиссные решения – это решения, в которых крылья ни большие (какие требуются для эффективного Взлета-Посадки) и ни малые (какие требуются для эффективного Полета). Базовым компромиссным решением является решение, в котором для данной конструкции самолета и его «самолетного задания» найдена оптимальная площадь крыльев. К «кусту» компромиссных решений относятся также решения, улучшающие Взлет-Полет-Посадку самолетов с компромиссными по площади крыльями. Примечание 3. Следует помнить, что параметр «Площадь крыла» не может полностью характеризовать крыло самолета. Это, всего лишь, один из параметров, характеризующих геометрию крыла и динамику его движения при Взлете-Полете-Посадке. Поэтому в данном случае возможно не одно, а несколько базовых компромиссных решений в зависимости от выбора значений других параметров (характеристик) самолета. КР1 Компромиссное (по площади) крыло. В 1970-х годах произошел прорыв в области понимания аэродинамики малых и больших скоростей, что сделало возможным создание самолетов с крыльями фиксированной геометрии, показывающих хорошие летные качества в разных скоростных режимах, в том числе при Взлете-Посадке на малых скоростях и Полете на больших скоростях. Первым самолетом с такой аэродинамикой стал американский истребитель F-15, за ним последовали Су-27, МиГ-29, F-16, F-18 и другие. Они превосходили самолеты-предшественники (F-4, МиГ-19, МиГ-21) практически по всем параметрам. Истребитель СУ-27 КР2 Закрылок. Закрылок – подвижная поверхность, установленная на задней кромке крыла. Закрылки используются для улучшения несущей способности крыла во время взлета, набора высоты, снижения и посадки, а также при полетe на малых скоростях. При их выпуске увеличивается кривизна профиля крыла и, следовательно, увеличивается подъемная сила крыла. Кроме того, выпуск закрылков способствует снижению скорости вследствие увеличения аэродинамического сопротивления. Закрылки, образующие при выпуске профилированные щели, называют щелевыми. Закрылки могут состоять из нескольких секций, образуя несколько щелей (как правило, от одной до трех). Щели способствуют перетеканию воздушного потока с нижней поверхности на верхнюю, одновременно разгоняя его. Это помогает затянуть срыв потока с закрылков и, таким образом, увеличить возможный угол их отклонения и допустимый угол атаки. Крыло с закрылком КР3 Эластичное крыло. Эластичные гладкие крылья обладают меньшим аэродинамическим сопротивлением, отсутствие общепринятых средств механизации крыльев снижает их вес, использование компьютеров позволяет придать крыльям наиболее оптимальную форму как для Полета, так и для Взлета-Посадки. Все это, в конечном счете, повышает экономическую эффективность самолета. Такие самолеты более маневренны, чем традиционные самолеты с жесткой геометрией крыла. Сверхзвуковой самолет F/A-18 с эластичными крыльями (система AAW, Active Aeroelastic Wing). КР4 Колесный тормоз. Быстрота торможения с помощью колесных тормозов зависит от мощности тормозов, коэффициента трения, искусства летчика и других факторов, а эффективность от способности тормозов поглощать и рассеивать выделяющуюся при торможении теплоту. В последние десятилетия начали применяться автоматы торможения. Они позволяют достигнуть значения коэффициента трения близкого к максимальному, то есть близкого к такой грани, когда начинается скольжение колеса по посадочной полосе. Колесные тормоза малоэффективны в начальной стадии пробега, когда скорость самолета еще велика. На этой скорости наиболее эффективны аэродинамические тормоза (чем больше скорость, тем больше лобовое сопротивление любой выступающей части самолета).   НР2. Граничные решения для большого крыла. Граничные решения для большого крыла – это решения, в которых крылья большие (какие требуются для эффективного Взлета-Посадки). В этих решениях улучшается эффективность Полета самолета с большими крыльями (с большой площадью крыльев). КР1 Дельтаобразное крыло. Стратегический бомбардировщик B-58 Hustler КР2 «Летающее крыло». Стратегический бомбардировщик B-2 Spirit НР3. Граничные решения для малого крыла. Граничные решения для малого крыла – это решения, в которых крылья малые (какие требуются для эффективного Полета). В этих решениях улучшается эффективность Взлета-Посадки самолета с малыми крыльями (с малой площадью крыльев). КР1 Взлетный ускоритель. КР2 Тормозной парашют. Тормозной парашют выбрасывается на прочных стропах из контейнера, находящегося в хвосте самолета, быстро наполняется набегающим воздухом и довольно резко тормозит самолет, что позволяет существенно сократить длину пробега при посадке. Тормозящая сила, создаваемая парашютом, пропорциональна квадрату скорости самолета. Поэтому выпускать парашют надо сразу же после приземления, тогда эффективность его будет наиболее значительна. Тормозные парашюты бывают различных систем. Важно, чтобы купол был в достаточной степени воздухопроницаемым, что обеспечивает необходимую его устойчивость, исключает раскачивание самолета. Но в то же время воздухопроницаемость парашюта не должна быть слишком большой. Это снижает его тормозную силу. КР3 Вертикальные взлет и посадка. НР4. Идеальные решения. Идеальные решения – это решения, в которых крылья и малые (какие требуются для эффективного Полета) и большие (какие требуются для эффективного Взлета-Посадки). Примечание 4. Крыло описывается не одним, а несколькими связанными друг с другом (зависящими друг от друга) параметрами. Здесь налицо «клубок» параметров, таких как площадь крыла, размах крыла, угол стреловидности крыла, кривизна крыла, профиль крыла и т.д. Конечно же, для более корректного описания ТП следует учитывать как можно больше базовых параметров крыла. Но вместе с тем надо помнить, что конечная цель ТПАнализа не количественное описание конфликта параметров, а качественное представление этого конфликта для того, чтобы выявить качественно различные направления решения поставленной задачи. Поэтому вначале рекомендуется выбирать минимальное количество параметров, чтобы убыстрить и упростить не только процедуру формулирования ТП в задаче, но и процедуру выявления путей и направлений решения задачи, а также процедуру поиска концепций решений. Примечание 5. В рассматриваемой задаче о самолете выбрана трехпараметрическая ТП-модель, включающая два конфликтующих параметра (Полет и Взлет-Посадка) и один переменный параметр (Площадь крыла). И уже даже эта, минимальная по числу параметров, модель позволяет выйти на значительное количество принципиально различных между собой концепций решений. КР1 Закрылок Фаулера. Закрылки Фаулера в убранном состоянии являются продолжением поверхности крыла, тогда как в выпущенном состоянии могут отходить от него с образованием щелей. При выпуске таких закрылков увеличивается не только кривизна профиля, но и площадь поверхности крыла. Крыло с выдвигаемым поворотным закрылком КР2 Крыло-«ножницы». Самолет с изменяемой стреловидностью и площадью крыла. Проект «МФП–ЦАГИ» – многофункциональный перехватчик (крупный истребитель-бомбардировщик) с крылом типа «ножницы» КР3 Убирающееся нижнее крыло. ИС (истребитель складной) - полутораплан со складными нижними крыльями, убираемыми после набора высоты в верхние крылья и в борта фюзеляжа. Колеса также убирались в борта фюзеляжа вместе с нижними крыльями. При выпуске нижних крыльев (перед посадкой) процесс шел в обратном порядке и заканчивался выпуском колес. Нижнее крыло служило, главным образом, для увеличения подъемной силы при взлете и снижения посадочной скорости. ИС-2 – истребитель с убирающимся в полете нижним крылом (СССР, 1941) КР4 Изменяемая геометрия крыла. Как удовлетворить почти взаимоисключающим требованиям? Большая боевая нагрузка, хорошая управляемость на малых и сверхзвуковых скоростях, большая дальность полета, небольшая длина разбега при взлете и пробега при посадке. Послевоенная аэродинамика не могла предложить подходящий компромисс – для малых скоростей требовалось крыло большого удлинения и малой стреловидности, при полете на сверхзвуковых скоростях требовались небольшие стреловидные крылья. Переход к крылу с изменяемой в полете геометрией решил эту проблему. Следует отметить, что главным фактором в таком решении являлось изменение угла стреловидности, а не изменение фактической площади крыльев. Но фактор изменения площади здесь тоже присутствовал. Бомбардировщик-ракетоносец Ту-160 Blackjack Обходной путь решения задачи Как достичь цели задачи за счет изменения неузловых объектов задачи (Взлетно-Посадочная Полоса, Атмосфера)? Направления решения   Объекты задачи Взлетно-Посадочная Полоса Атмосфера Большое крыло (S↑)   НР1. Как с помощью Атмосферы достичь повышения эффективности Полета самолета с большим крылом? Малое крыло (S↓) НР2. Как с помощью Взлетно-Посадочной полосы достичь повышения эффективности Взлета-Посадки самолета с малым крылом?   НР1. Самолет с большим крылом и Атмосфера. КР1 Полет на большой высоте. При полете на большой высоте (в стратосфере) воздушное сопротивление движению самолета снижается. Боинг B-52 «Стратофортресс» (англ. Boeing B-52 Stratofortress – Стратосферная крепость) – американский сверхдальний стратегический бомбардировщик-ракетоносец, находящийся на службе ВВС США с 1955 года. Размах крыльев: 56,4 м
Площадь крыла: 370 мІ
Максимальная скорость: 1 000 км/ч
Дальность полета: 15 000 км
Служебный потолок: 17 000 м

Стратегический межконтинентальный высотный реактивный бомбардировщик B-52 НР2. Самолет с малым крылом и Взлетно-Посадочная Полоса. КР1 Взлетный трамплин. При взлете с носового трамплина авианосца летчик не испытывает больших перегрузок как в случае старта с катапульты. Но старт с трамплина диктует более строгие требования к тяговооруженности самолета, характеристикам его устойчивости и управляемости. Двигатели выводятся на взлетный режим еще до начала разбега. При этом, чтобы удержать самолет на месте до получения разрешения на взлет, используют препятствующие преждевременному страгиванию самолета задержники, представляющие собой выпускаемые из-под палубы упоры для колес основных опор шасси. КР2 Катапульта. При катапультном взлете самолет устанавливается на тележку (или буксирное устройство), которая с большой скоростью перемещается по направляющим, сообщая дополнительное ускорение самолету. Тележка (или буксирное устройство) приводится в движение либо сжатым паром, либо электродвигателем, либо реактивным двигателем. На авианосцах широкое применение получили щелевые паровые катапульты. Самолет для взлета устанавливается на собственном шасси над длинной щелью в палубе, по которой скользит буксирный крюк. Крюк соединен непосредственно с поршнем, который перемещается в расположенном под палубой длинном силовом цилиндре. Пар под высоким давлением поступает в цилиндр из машин корабля. Для защиты персонала и техники от раскаленного выхлопа, позади стартующего самолета поднимаются отражатели реактивной струи, которые отклоняют струю вверх. Истребитель Фантом F4 взлетает с помощью катапульты КР3 Аэрофинишер. Резкому уменьшению длины пробега при посадке самолетов на авианосцах способствуют специальные стационарные устройства, представляющие собой один или несколько прочных тросов (аэрофинишеров), натянутых поперек посадочной полосы. Их натягивают на высоте 10-15 см над верхней палубой авианосца. Концы тросов через систему блоков соединены с поршнями силовых гидравлических цилиндров. При посадке самолет специальным крюком (гаком) цепляется за трос. Большая часть кинетической энергии самолета при этом расходуется на продвижение поршня в силовом цилиндре. Через несколько десятков метров самолет останавливается. Сводная матрица решений В данной статье уделяется внимание только проходному и, частично, обходному путям решения, чтобы подчеркнуть их близость к непосредственному совершенствованию самолета как технической системы. Примечание 6. В статье приведены не все концепции решений, на которые можно выйти двигаясь в русле выявленных направлений решения, в том числе не приведены такие концепции как торможение реверсом двигателей, выдвигаемые из фюзеляжа тормозные щитки, интерцепторы и др. Примечание 7. Возможны также «скрещенные» (гибридные) концепции решений, то есть концепции, лежащие в русле одинаковых или разных направлений решения и взаимодополняющие друг друга. Например, объединенное (параллельное или последовательное) действие различных видов торможения самолета при посадке (торможение реверсом двигателя, тормозные щитки, закрылки, колесные тормоза). Сводная схема решений (путей, направлений и концепций решений), соответствующая Сводной матрице решений, имеет следующий вид. Заключение Для более корректного решения задачи о самолете следует учитывать большее количество параметров, как конфликтующих, так и переменных. Но это, к сожалению, «утяжелит» задачу о самолете, сделает ее менее привлекательной, в том числе для ознакомительных и учебных целей. Более того, при таком «утяжелении» возрастает риск «зарыться» в анализе, вместо того, чтобы выходить на все новые и новые концепции решений. Здесь в каждом конкретном случае следует искать «золотую середину», при которой повышение корректности анализа не идет в ущерб быстроте поиска и разнообразию решений.


 

 

Самое читаемое





 
Copyright © 2010
IL2U.RU