Расчет влияния массовых характеристик, центровки, расположения силовой установки на эксплуатационные характеристики самолета АН-2

Введение

Условные обозначения, термины, определения, пояснения

f- коэффициент безопасности G – сила тяжести, кгс

Y – подъемная сила, кгс

𝑛^p – разрушающая перегрузка

C_x – коэффициент сопротивления

С_х0 – коэффициент профильного сопротивления С_y – коэффициент подъемной силы.

Центр давления - условная точка пересечения суммарной аэродинамической силы с осью самолета.

Средняя аэродинамическая хорда (САХ) - хорда условного крыла, прямоугольной формы в плане, площадь которого равна реальному крылу и продольный момент которого равен реальному крылу. (не все аэродинамические характеристики, а именно продольный момент). Зачем применяют САХ? - Чтобы на виде сбоку самолета оценивать продольную устойчивость - как у профиля крыла - ведь у прямоугольного крыла хорда постоянная и именно такие крылья испытывают в аэродинамических трубах и строят графики коэффициентов Cx, Cy и Cm.

Центровка – положение ЦТ относительно геометрии самолета. Обычно относительно носка средней аэродинамической хорды.

Что определяет предельно переднюю и предельно заднюю центровки? Предельно переднюю - запас рулей на кабрирование. Предельно заднюю - продольная устойчивость, конкретнее положение аэродинамического фокуса самолета относительно центра тяжести.

Фокус самолета - точка приложения приращения подъемной силы при изменении угла атаки.

Положение фокуса практически не меняется при изменении угла атаки, отклонении руля высоты, выпуска простых закрылков... (продольное положение самолета при выпуске закрылков меняется по разным причинам

• центр давления крыла перемещается, обычно вперед;
• скос потока увеличивается от крыла и создает дополнительный кабрирующий момент от оперения.

В первый момент подъемная сила увеличится от выпуска закрылков, траектория отклонится вверх, нос тоже поднимется. Хотя бывает "вспухает" с опущенным носом самолет при выпуске закрылков - интересный вопрос для анализа!

При выпуске закрылков фокус очень мало смещается назад. Положение фокуса изменяется при увеличении числа M больше 1 - сдвигается назад.

Положение оси тяги двигателя относительно центра тяжести самолета влияет на балансировку, и на изменение угла атаки и траектории полета при изменении тяги. Надо понимать, что если тяга проходит через Ц.Т. (центр тяжести) самолета, то Ц.Д. (центр давления) самолета совпадает с центром тяжести.

Если ось тяги расположена выше центра тяжести, как на самолетах Бе-200 и Ан-74 , то Ц.Д. будет расположен спереди Ц.Т., сила тяги при этом будет создавать пикирующий момент. При отказе двигателя создаст кабрирующий момент, неблагоприятствуя плавному переходу в снижение.

Перегрузка - отношение суммы поверхностных сил к силе тяжести. Поверхностные силы - все силы кроме сил массового характера (силы тяжести и силы инерции).

Разрушающая перегрузка связана с максимальной эксплуатационной коэффициентом безопасности. Для самолетов, подвергающихся статическим испытаниям на прочности этот коэффициент равен 1,5.

При развороте перегрузка равна 1/cos γ (косинус угла крена).

Принцип Даламбера - похож на первый закон Ньютона, который звучит

...Существуют инерциальные системы отсчета... если тело движется равномерно и прямолинейно сумма всех сил равна нулю. А принцип Даламбера

- даже если тело движется не равномерно и прямолинейно сумма всех сил равна нулю. Появляется только сила инерции. (При выходе из пикирования в нижней точке траектории на самолет действуют в вертикальной плоскости подъемная сила - больше веса - она и искривляет траекторию; сила тяжести и сила инерции, подъемная сила равна силе тяжести умноженной на перегрузку. По принципу Даламбера сила тяжести плюс сила инерции, направленные вниз равны подъемной силе, а следовательно, и силе тяжести самолета умноженной на перегрузку. На любую деталь на самолете и на пилота вниз действует сила его тяжести умноженной на перегрузку, которая равна силе тяжести пилота плюс сила инерции).

Ось жесткости – ось, расположенная вдоль крыла, при приложении усилий к которой крыло не закручивается ни в какую сторону.

Аэродинамическое качество K - отношение Cy к Cx. Или Y к X, или L к H (дальности к высоте планирования) или G к P (весу к тяге) или Y к P.

Продольное V - угол между хордой крыла и стабилизатора.

Когда у стабилизатора есть отрицательный угол. Если мы имеем большое положительное продольное V (угол установки стабилизатора сильно меньше угла установки крыла), то центр давления перемещается сильно назад при увеличении угла атаки.

При каком-то угле стабилизатора при уменьшении продольного V, центр давления самолета стоит на месте, как у симметричного профиля.

При отрицательном продольном V центр давления перемещается вперед при увеличении угла атаки.

Поэтому при большом продольном V центр тяжести необходимо перемещать в центр давления - вперед (и наоборот - при передней центровке необходимо увеличивать продольное V).

Поперечное V регулирует соотношение между поперечной и путевой (флюгерной) устойчивостью. Эта совокупность - поперечной и путевой устойчивостью называется боковой устойчивостью.

Поперечное V больше - больше поперечная устойчивость, самолет склонен к голландскому шагу. Или крылья вниз отклонять надо, или площадь вертикального оперения увеличивать, или его плечо. А если хвост эффективен слишком, то самолет затягивает в спираль – наблюдается спиральная неустойчивость. Надо или хвост уменьшать, или крылья вверх наклонять.....

Подъемная сила – это проекция суммарной аэродинамической силы на ось, перпендикулярную направлению скоростного потока (лежит в плоскости симметрии ЛА).

Базовый вес самолета (Manufacturer′ Empty Weight,MEW ) – Вес конструкции с учетом конфигурации ВС, силовых установок, вес несъемного стандартного оборудования, вес спец.жидкостей в системах ВС.

Операционный пустой вес (Operational Empty Weight) – Базовый вес самолета плюс снаряжение самолета. В снаряжение самолета включается: летный и кабинный экипаж с багажом, бортовая документация авиапредприятия, съемное буфетно-кухонное оборудование, спасательные плоты и жилеты, аварийное оборудование, техническая аптечка, контейнер для перевозки спецсредств.

Вес снаряженного самолета (Dry Operating Weight, DOW) Общий вес ВС готового к выполнению предстоящего полета, исключая все используемое топливо и загрузку ВС.

Операционный пустой вес со снаряжением (Operational Empty Weight) плюс снаряжение необходимое для выполнения предстоящего полета (бортовое питание и товары беспошлинной торговли, средства обслуживания пассажиров, запас медицинских средств и комплекты первой помощи, и т. д.).

Эксплуатационный вес самолета (Operating Weight, OW). Вес снаряженного самолета (DOW) и вес топлива на взлете (без коммерческой загрузки).

Вес самолета без топлива (Zero Fuel Weight, ZFW). Вес снаряженного самолета DOW и загрузка самолета TLD.

Максимальный вес самолета без топлива (Maximum Zero Fuel Weight, MZFW). Максимально допустимый вес самолета без топлива. Устанавливается производителем самолета.

Максимальный взлетный вес по конструкции (Maximum Structural Take Off Weight, MSTOW). Максимально допустимый вес самолета для взлета в нормальных условиях. Устанавливается производителем самолета.

Максимальный посадочный вес по конструкции (Maximum Structural Landing Weight, MSLW). Максимально допустимый вес самолета для посадки в нормальных условиях. Устанавливается производителем самолета.

Максимальный рулежный вес (Maximum Taxi Weight, MTW). Максимально допустимый вес самолета для маневрирования на земле (руление, буксировка). Устанавливается производителем самолета.

Максимальный взлетный вес (Maximum Take Off Weight, MTOW). Максимально допустимый вес самолета для взлета в данном аэропорту, с данной ВПП при данных условиях. Определяется экипажем.

Максимальный посадочный вес (Maximum Landing Weight, MLDW, MLAW, MLW). Максимально допустимый вес самолета для посадки в данном аэропорту, на данную ВПП при данных условиях. Определяется экипажем.

Центровка самолета (Center of Gravity - CG). Положение центра тяжести самолета относительно средней аэродинамической хорды - САХ (Mean Aerodynamic Chord – MAC). Центровка выражается в процентах САХ (% MAC). Центровка ВС для BW указывается в бортовом журнале ВС.

Базовый индекс самолета (Basic Index – BI). Центровка ВС для BW, пересчитанная в индекс.

Центровочный индекс снаряженного самолета (Dry Operating Index, DOI). Центровка ВС для DOW, пересчитанная в индекс. C DOI начинается расчет центровки в индексной системе. Устанавливается Отделом центровки и сопровождения систем отправок (DCS) КДЦ КНОП.

Центровочный индекс загруженного самолета (Loaded Index, LI). Центровка ВС, пересчитанная в индекс. Рассчитывается для веса самолета без топлива LIZFW, взлетного и посадочного веса ITOW/LILAW

Загрузка самолета (Traffic Load, TLD). Общий вес пассажиров, багажа, груза и некоммерческой загрузки.

Коммерческая загрузка (Pay Load, PLD). Общий вес пассажиров, багажа и груза.

Максимальная коммерческая загрузка (MPLD). Максимальная коммерческая загрузка. Определяется экипажем.

Классификация пассажиров (Passenger classification).

• взрослые (Adults) - мужчины и женщины в возрасте 12 лет и старше;
• дети РБ (Children) – лица в возрасте 2 года и старше до возраста 12 лет.
• маленькие дети РМ (Infants) – дети младше 2-х лет.

Типовые весовые данные, применяемые в российских авиакомпаниях при определении загрузки самолета и его весов.

1. Пассажиры – учитываются следующие стандартные веса:
   • вес взрослого пассажира (Adults) зимой (с последнего воскресенья октября по последнюю субботу марта) равен 80 кг, в летнее время (с последнего воскресенья марта по последнюю субботу октября) 75 кг;
   • независимо от времени года стандартный вес детей в возрасте от 2-х до 12 лет (Children) принимается равным 30 кг, а в возрасте до двух лет (Infants) 15 кг.
2. Багаж, груз, почта, ручная кладь пассажиров - учитываются фактические веса, т.е. результаты взвешивания в аэропорту, включая вес средств пакетирования;
3. Топливо на борту ВС – сумма веса остатка топлива и веса заправленного топлива. Вес заправленного топлива рассчитывается по его объему и фактическому удельному весу, указанному в требовании на заправку. Если удельный вес топлива неизвестен, то используется значение 0,79.

Основная часть

1.Технические характеристики АН-2