Файл: Конструкция летательных аппаратов учеб. пособие для студентов инженер.-экон. фак.pdf

тереп при применении двух двигателем с большой степенью двухкоптурпостп, у которых тяга по скорости п высоте падает более резко (рис. 9.3).

Ближние магистральные самолеты обычно базируются на аэродромах с коротком ВПП. Поэтому для них па выбор чис­ ла двигателей влияет, в основном, взлетный режим. В этом случае большая тяговооружемность двухдвигательпого ва­ рианта способствует обеспечению взлетных характеристик.

Рис. 9.3. С|.а[шепис изменении тяги дг.нгатолен различной степени днухконтурности.

Для ДМС главное значение имеет крейсерский режим полета. Выбор числа двигателей и тяговооруженности с уче­ том отказа одного из них необходимо рассматривать с точки зрения удовлетворения требованиям крейсерского полета. Снижение гяговооружснностп (по сравнению с двухднигательным вариантом) обеспечивает выигрыш в весе двигательной установки, который можно использовать для увеличения за­ паса топлива и обеспечения потребной дальности

Опыт проектирования с учетом требований безопасности, характеристик дальности п особенностей базирования (класс аэродрома) Дает следующие результаты.

1.Для ДМС, эксплуатирующихся с аэродромов класса А

иБ, целесообразно устанавливать четыре двигателя.

2. Для СМС, имеющих ограничения по аэродромам (класс В), оптимальна трехдвпгательпая схема.

3. Для БМС п самолетов МВД, предназначенных для экс­ плуатации с коротких п грунтовых ВПГI, целесообразна уста­ новка двух двигателей.

J62

Двигатели высокой степени двухкоптурпосгп (//>5) на крейсерском режиме полета обеспечивают большую безопас­ ность при отказе одного из них. В случае отказа двигателя происходит потеря скорости и высоты полета, что для двига­ телей высокой степени двухконтурности сопровождается боль­ шим увеличением тяги по сравнению с двигателями меньшей степени двухконтурности (рис. 9.3).

Это обстоятельство объясняет тенденцию к снижению чис­ ла двигателей до 3 и 2 на самолетах большой пассажпровместпмостн и большого веса.

Требование безопасности, выражающееся в необходимо­ сти дублирования различных энергосистем, выдвигает новые компромиссные варианты: схемы с 2,5 п 3,5 двигателями. Эго означает наличие двух пли трех основных двигателей и одного дополнительного (бустермо! о). Бустер пый двигатель (мень­ шей тяги) восполняет потерю тяги при отказе основного дви­ гателя, обеспечивает работу дублирующих систем, может за­ менить вспомогательную силовую установку. Если бустерный двигатель предназначен для работы лишь на режимах взлета и при аварийных ситуациях, то ои может быть выполнен с низ­ ким значением удельного веса. Тогда схема с 2,5 и 3,5 двига­ телями будет обеспечивать высокий уровень безопасности при снижении весовых затрат.

§ 2. ВЗАИМНАЯ КОМПОНОВКА ЧАСТЕЙ САМОЛЕТА

Под взаимной компоновкой частей самолета подразуме­ вается расположение на самолете крыла, двигателей, опере­ ния, шасси.

1. Расположение крыла

Имеются три схемы расположения крыла относительно фюзеляжа: высокоплан, низкоплан, средмеплап. Сравнение их аэродинамических характеристик дает рисунок 9.4.

Аэродинамически эффективная схема среднеплаи по ком­ поновочным соображениям для пассажирских самолетов при­ меняется краппе редко.

Схема высокоплан по сравнению с низкопланом имеет сле­ дующие достоинства:

— уменьшение аэродинамического сопротивления от ин­ терференции и повышение аэродинамического качества па

4—5'Vu (рис. 9.4);

163

■— уменьшение расстояния от фюзеляжа до земли, что об­ легчает погрузочно-разгрузочные работы, посадку и высадку пассажиров без аэродромных трапов, техническое обслужи­ вание;

—повышение комфорта за счет хорошего обзора из пас­ сажирской кабины;

—удаление двигателей, расположенных на крыле, от ВГ1П, предохраняя их от засорения н преждевременного вы­ хода нз строя.

Рис. 9.4. Поляры самолетов с различными схемами расположения к рыла.

Недостатки высокоплана:

—необходимость усиления нижней части фюзеляжа на случаи аварийной посадки;

—при креплении основных стоек шасси к фюзеляжу уве­ личиваются нагрузки на фюзеляж от шасси и крыла, требую­ щие усиления и увеличения веса конструкции фюзеляжа на

15— 20'V(i;

— затрудняется компоновка шасси: малая колея шасси при креплении к фюзеляжу, большая высота при креплении к крылу;

164

—увеличивается на 30—50% площадь вертикального опе­ рения (следовательно, и вес) для обеспечения боковой устой­ чивости, которая у высокоплана хуже;

—отсутствие плавучести при аварийном приводнении;

—усложнение технического обслуживания двигателей.

Врезультате вес конструкции высокоплана увеличивается до 3% от (?0, если стойки шасси крепятся к фюзеляжу, и до 1%. если основные стойки крепятся к крылу. Этим объясняется не­ сколько большая себестоимость перевозок у самолетов схемы высокоплан.

Высокоплан имеет аэродинамические и эксплуатационные преимущества, по худшие весовые показатели конструкции.

Выбор схемы зависит от ЭТТ. Для самолетов МВЛ и гру­ зовых, предназначенных для эксплуатации с грунтовых аэро­ дромов, преимущества высокоплана могут оказаться решаю­ щими при выборе схемы.

2. Расположение двигателей

Компоновка двигателей оказывает влияние па аэродина­ мические характеристики самолета, безопасность, устойчи­ вость н управляемость, комфорт, эксплуатационные свойства, вес конструкции, центровку, геометрические параметры само­ лета и, как результат, — на экономические его показатели. Раз­ мещение двигателей связано с общей компоновкой самолета, с особенностями самих двигателей (тип двигателя, степень двухконтурностн), их числом.

Расположение поршневых и турбовинтовых двигателей не может иметь большого многообразия в связи с наличием вин­ тов (рис. 9.5). При этом необходимо обеспечить определенные расстояния от винтов до ВПП, фюзеляжа, между винтами, смещение плоскостей вращения винтов (при четырех двига­ телях), минимальное сопротивление мотогондолы с крылом. Пассажиры и экипаж не должны размещаться в плоскости вращения винтов.

Для ДТРД — основного типа двигателя дозвуковых само­ летов — имеются две схемы расположения: двигатели на кры­ ле (ДНК) и двигатели на фюзеляже (ДНФ).

Схема ДНФ (рис. 9.6, 9.11), освобождая крыло от мото­ гондол, повышает Cv, позволяет выполнить механизацию по

1 6 5

Рис. 9.5. Схемы установки ТВД на крыле.

Рис. 9.6. Установка четырех двигателей на фюзеляже.

166

всему размаху крыла и улучшить взлетно-посадочные харак­ теристики, повышает число Мьр ( ~ па 0,03), уменьшает аэро­

динамическое сопротивление самолета, повышает аэродина­ мическое качество па б—9'/о, упрощает управление при отказе одного двигателя. Расположение по схеме ДНФ повышает про­ тивоположную безопасность (удаление двигателей от топли­ ва), исключает повреждение двигателей при посадке с убран­ ными шасси и повреждение гермокабины при разрушении двигателя. Двигатели на фюзеляже лучше защищены (-г по­ падания грязи и посторонних предметов, создают мепыпне акустические нагрузки па части самолета (кроме хвостовой части фюзеляжа и оперения), снижают уровень шума в пас­ сажирских салопах (это повышает комфорт и коэффициент пассажпрозагрузки). Двигатели па фюзеляже создают .хоро­ шие условия для эксплуатации самолета, так как позволяют уменьшить длину стоек шасси и приблизить фюзеляж к ВПП

(рис. 9.7).

Рис. 9.7. Сравнение схем расположения двигателей на пилонах под крылом и на фюзеляже.

Перечисленные достоинства способствуют росту экономи­ ческих показателен самолетов схемы ДНФ.

Существенным недостатком этой схемы является значи­ тельное утяжеление конструкции по следующим причинам:

— утяжеление неразгруженного двигателями крыла (на

10-15%);

— утяжеление фюзеляжа за счет крепления к нему двига­ телей (на 10—15%);

1 6 7

— увеличение длины и веса фюзеляжа (при равном числе пассажиров) за счет неиспользуемой хвостовой части;

—увеличение площади и веса оперения из-за смещения центра тяжести самолета назад и уменьшения плеча оперения;

—увеличение веса фюзеляжа за счет больших нагрузок от оперения и крыла;

—увеличивается вес гондол (при четырех двигателях;. Общая величина утяжеления конструкции может составить

от 4 до 10% и зависит от тоннажа самолета и количества дви­ гателей.

Схема ДНФ создает ряд трудностей при взаимной компо­ новке фюзеляжа, крыла, двигателей и шасси. Эти трудности связаны с обеспечением необходимого диапазона центровок и расположения шасси при смещении крыла к хвостовой час­ ти фюзеляжа. Постановка вспомогательной хвостовой опоры

— одно из средств рационального решения компоновочных трудностей.

У пассажирских самолетов в хвостовой части фюзеляжа может быть расположено 2, 3 и 4 двигателя. Расположение третьего двигателя имеет несколько вариантов (рис. 9.8). При схемах а) и в) появляется длинный S’-образный воздушный канал, уменьшающий тягу двигателя за счет потерь па входе (kp == 0.96—0,97). Вариант б) усложняет п утяжеляет кон­ струкцию корневой части киля. Техническое обслуживание двигателя при всех вариантах затруднено, утяжеляется кон­ струкция хвостовой части фюзеляжа, затрудняется реверси­ рование тяги па пробеге. Вариант в) может быть целесооб­ разен для двигателей с высокой степенью двухкоптуриости. Размещение двигателя в хвостовой части фюзеляжа затруд­ няет модификацию силовой установки, так как может потребо­ вать изменения конструкции хвостовой части.

Размещение ДТРД на крыле (ДНК) — вторая широко распространенная схема. Имеются следующие варианты: рас­ положение двигателя в корневой части крыла, под крылом и над крылом.

В связи с рядом недостатков (ниже безопасность, комфорт, больше вес крыла и др.) первая схема в настоящее время не применяется.

Схема ДНК (на пилонах, рис. 9.9) имеет следующие до­ стоинства:

— двигатели разгружают крыло, уменьшая его вес па

10—15%;

168