Расчет, проектирование и постройка сверхлегких самолетов (Чумак П.И., Кривокрысенко В.Ф., 1993 - Расчет, проектирование и постройка сверхлегких самолетов)

ВВЕДЕНИЕ 18ВХ 0-7030-0224-9 Рецензент нт Е. Н. Коваленко, зам. председатело Технической комиссии МАП СССР по СЛА Редактор М.'Е. Орехова Ю П. Чумак, В. Крквокрысекко, 1991 В конце шестидесятых годов в США, странах'Западной Европы, а в семидесятых — и в СССР сформировалось новое направление в развитии авиационной техники — сверхлегкие летательные аппараты (СЛА), В 1981 г. Международная авиационная федерация (ФАИ) определила, что к данному типу летательных аппаратов относятся одно- и двухместные самолеты с массой пустого не более 150 кг.

Были определены и другие ограничения (16). В ряде стран '(США, Англии, Испании, Франции и др.) существуют свои ограничения по СЛА. В отечественной практике зто название укре. пилось за любым ЛА самодеятельной постройки, Прошедшие смотры-конкурсы вопрос о классификации ЛА выдвинули в число наиболее важных. Особое место среди других летательных аппаратов занимают сверхлегкие самолеты (СЛС). Подобные самолеты строились и раньше, начиная еще с двадцатых годов.

Это были одиночные образцы, выполненные конструкторами-любителями, многие из которых всю последующую жизнь посвятили авиации. Некоторые из построенных самолетов, например АНТ-1 А. Н. Туполева '(1923 г.), ВОП-1 В. О. Писаренко (1923 г.), РАФ-1 А. Н. Рафазлянца '(1925 г.), С-4 В. П. Невдачина (1926 г,) и многие другие, имели достаточно хорошие летно-технические характеристики. Но так как в эти годы начиналось покорение больших высот и скоростей, то малые самолеты остались в тени действительно громадных достижений в развитии «большой» авиации. Возобновление интереса к СЛС обусловлено их широкими возможностями для решения учебных, спортивных и хозяйственных задач, а также появлением совре- менных материалов н технологий, мощных н экономичных двигателей.

В зависимости от количества и взаимного расположения несущих поверхностей СЛС могут выполняться по трем аэродинамическим схемам: нормальной (классической), «утка» и «бесхвосткаж В СЛС, выполненном по нормальной схеме, оперение расположено позади крыла. Крыло такого самолета обтекается невозмущенным потоком, в то время как оперение находится в зоне вихрей, стекающих с крыла.

Несмотря на это, хвостовое оперение способно обеспе. чить хорошую продольную устойчивость и управляемость СЛС. В самолете схемы «утка» горизонтальное оперение расположено впереди крыла на носовой части фюзеляжа и так же, как и крыло, создает подъемную силу. Аэродинамическое сопротивление самолета, выполненного по схеме «утка», меньше аэродинамического сопротивления такого же самолета, но выполненного по нормальной схеме.

Это объясняется отсутствием так называемых потерь на балансировку. Эти преимущества были замечены конструкторами-любителями, в результате многие СЛС в первой половине восьмидесятых годов были выполнены по этой схеме. Несмотря на красивые аэродинамические формы, высокую культуру изготовлел ния, большинство из них так и не летало. Причиной этого являются трудности, связанные с вопросами обеспечения хорошей устойчивости и управляемости. СЛС схемы «бесхвостка» обладают меньшим вредным сопротивлением, чем при нормальной схеме (из-за отсутствия горизонтального оперения), но требуют принятия специальных мер для обеспечения необходимых в полете устойчивости и управляемости. К этой схеме относятся дельтапланы и мотодельтапланы. По конструктивным признакам все СЛС можно разделить на трн основных класса: мотодельтапланы; ультралайты с жестким силовым набором и мягкой ткане.

вой или пленочной обшивкой; сверхлегкие летательные аппараты, выполненные по самолетной схеме. Отличительными признаками могодсльтапланов являются балансирная схема системы управления, мягкое крыло с растяжками, препятствующими его изгибу. Силовой каркас крыла схематичных СЛС (ультралайтов) выполняется обычно в виде трубчатого лонже- рона.

Такая схема достаточно популярна среди конструкторов-любителей. Популярность схемы объясняется относительной простотой изготовления такого СЛС, но требует болыпих мощностей двигателя из-за невысокого аэродинамического качества. СЛС, выполненные по самолетной схеме, конструктивно существенно сложнее двух предыдущих классов, но они имеют более высокие летно-технические характеристики, особенно по скорости и дальности полета. Самодеятельное любительское конструирование СЛА в СССР получило в последнее время довольно активное развитие. Решению многих проблем любительского конструирования способствовало создание постоянно действующей технической комиссии.

Настоящей школой для начинающих конструкторов- любителей стали уже традиционные смотры-конкурсы сверхлегких летательных аппаратов, организацию которых взяли на себя ПК ВЛКСМ, ЦК ДОСААФ и Министерство авиационной промышленности. Большое количество удачных полетов, выполненных на последних смотрах-конкурсах летчиками-испытателями, показали незаурядные способности конструкторов- .любителей. В то же время они выявили и проблему: многие самодеятельные конструкторы строят на свой страх и риск, пытаются поднять в воздух аппараты без элементарных знаний в области аэродинамики, прочное~ и, основ конструирования и технологии изготовления.

В сентябре 1988 г. опубликованы общие технические требования (ОТТ) к ЛА любительской постройки. Эти ОТТ а процессе создания СЛА могут быть выдержаны только при наличии у разработчиков проекта определенных знаний по расчету, конструированию и технологиям изготовления подобных ЛА. Специальнзя литература, посвященная этим проблемам, рассчитана на промышленную технологию, требует соответствующей подготовки и, как правило, не охватывает все этапы создания ЛА. Возникла необходимость в пособии по расчету, проектированию и технологии изготовления СЛА для широкого круга самодеятельных конструкторов. Именно эти цели, применительно к СЛС, ставили перед собой авторы, приступая к работе над книгой.

Книга посвящена вопросам расчета, проектирования и изготовления СЛС нормальной схемы и базируется лы. Ос на курсах математики и физики в объеме средне обое внимание уделено вопросам расчета н из. готовления воздушных винтов. Книга рассчитана на широкий круг любителей имев и щ х специальной подготовки, однако знакомых с й, не основами авиации в объеме популярных изданий Г и в в а 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ОБЛИКА СВЕРХЛЕГКИХ САМОЛЕТОВ 4Л.

ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ СЯС Создание СЛС вЂ” это процесс непрерывного творческого поиска, направленного на оптимальное решение задач проектирования н изготовления конструкции. Он включает в себя: определение цели создания летательного аппарата; разрабо~ку технического задания; формулировку концепций и их анализ; разработку эскизного и рабочего '(технического) проекта) изготовление частей и всего ЛА в целом; подготовку к испытаниям и сами испытания, Одним из наиболее трудоемких и сложных этапов создания СЛС является процесс его проектирования. Под проектированием самолета обычно понимают процесс разработки технических материалов (докумен.

тацин), определя|ощих его летно-технические характеристики, схему н конструкцию отдельных агрегатов ~5). Процесс проектирования включает в себя разработку эскизного и рабочего проектов. В эскизное проектирование СЛС входят: а) определение основных параметров н облика СЛС; б) вычерчивание предварительного чертежа обшего вида; в) расчет взлетной массы и центровки; г) аэродинамический расчет, рассмотрение вопросов устойчивости и управляемости. В рабочее проектирование СЛС входят: а) разработка чертежей общего вида СЛС и отдельных его частей; б) разработка сборочных и деталировочных чертежей; в) расчет на прочность всех силовых элементов конструкции; г) уточнение массы конструкции и центровки ЛА; д) отработка технологии кзготовления отдельных элементов конструкции; е) проведение исследовательских н эксперименталь.

ных работ. Все дозвуковые летательные аппараты, использующие подъемную силу крыла, независимо от их ма с аэ о с ы, родинамической схемы, компоновки, назначения и других характеристик, подчиняются одним и тем же законам аэродинамики. Одними и теми же методами можно вести и их прочностные расчеты. Однако, что естественно, как аэродинамические, так и прочностные расчеты СЛС любительской постройки существенно от. личаются от расчета промышленных образцов авиационной техники и носят несколько упрощенный характер.

Это вызвано тем, что самодеятельные СЛС проектируются и строятся небольшой группой исполнителей. При этом точный расчет ведется только для основных, иаи. более ответственных конструктивных элементов летательного аппарата (лонжеронов, стрингеров, нервюр, стенок, балок, стыковочных узлов и т. д.), для остальных — приближенный. П роцесс проектирования и создания СЛС должен соо~ве~ствовать име|ощимся в наличии материалам, полуфабрикатам и элементам конструкции. Изготовление СЛС во многих случаях начинается еще до окончания его проектирования, что позволяет корректировать прочностные расчеты и существенно уменьшать' их объем, используя результаты испытан де ьных элементов конструкции. Технология изготовнй ления элементов и узлов разрабатывается одновременно с проектированием и окончательно доводится в процессе постройки летательного аппарата.

П римерная последовательность разработки, проектирования и изготовления СЛА показана на рис. 1.1. 1м. ОЦЕНКА ВОЗМОЗКНОСТИ ПОСТРОЙКИ СПС И ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ НА ЕГО СОЗДАНИЕ Р ?1 асчет, проектирование и особенно изготовл ние .е С. А требуют определенных финансовых и существенных трудовых затрат. Достаточно сказать, что трудозатраты 8 неученое литератуув? дцен»а Впзмомнвсти пвсмроипи слс и пронямие решеноп о поет олге ра дават»а ме»начес»поп вйания насчет зл топо массы сЛС пе Вом продломении лет пасса провам ма? з?а . Впре слепое вснп ны» ееомгтри чеспог рвемерод Слс шчепчи ание пре одиаел»ноев чграопа едщеео ойа СЛС вечем зпетчви могсы ПС Вгпввпм плодпинепио Магга нет п иемлема? з?а уточнение вгпв ны» ееомемричеспи» позмервд Слс печем лепт и пи и и вемнип ппмпоноеоа СЛС Определение вгнодппг» лгл слс Нвюмедление чпсмед СЛС про епмородвное часмеи слс е прпаслС, пра виго и .га пмделв нем узлов Лрпдер»а ив»тролли По помо па,г напомним и лем ным испытанинм Рис.