Диссертация (Структурно-параметрический анализ влияния моментно-инерционного фактора на облик самолета арктического базирования), страница 6

Записи в строках носят парный характер. Нормированные оценки могутбыть совокупной экспертной оценкой либо обработкой данных статистики поизвестным образцам авиационной техники.Привыполненииусловийиограниченийстановитсявозможнымформирование обобщенной характеристической матрицы, соответствующей ещенесуществующемутехническомурешению.Витогекаждойстроке(характеристике) в соответствие частное техническое решение, и совокупность ихопределяет то или иное схемное решение.

Важно учесть, что данное решениеявляетсянеобходимым,нонедостаточнымусловиемсинтезановоготехнического решения. Используя характеристические матрицы, можноопределить направление технического развития.Запишем в обобщенном виде систему уравнений увязки облика самолета. Вцелях решения задачи проектирования самолета необходимо отысканиедопустимого вектора проектных параметров Х:}%} â − 1 = 0,(1.12)где в перечисленном порядке приведены уравнения, обеспечивающие условиямассового баланса.ДляперспективныхСАБ,нарядуснеобходимостьюрешениятрадиционного уравнения массового баланса, очень важно корректное решениеуравнения моментно-инерционного баланса. В этом случае решение уравнениямассовогобалансахарактеризуетсяопределениеммассысамолетаивыявлением групп элементов, масса которых известна, а также контролем надсоотношением масс отдельных агрегатов и систем самолета по уравнениюмассового баланса самолета:431=X%è ,(1.13)где m j – относительная масса j-го элемента самолёта.Выражение (1.13) демонстрирует зависимость основных составляющихуравнения массового баланса от параметров агрегатов и систем самолета.Далее формируется схемное решение в облике самолета.

На базепринятых схемных решений в зависимости от заданной массы целевой нагрузки,оборудования и снаряжения проводится формирование компоновочной схемысамолета, которая включает в себя взаимную пространственную увязкуосновных компонуемых элементов самолета и определение моментов инерциисамолета:⎧2⎪ I 0 0 X = ∫∫∫ rx dm;⎪xyz⎪2⎨ I 0 0 Z = ∫∫∫ rz dm;xyz⎪⎪2I=r⎪ 0 0Y ∫∫∫ y dm.xyz⎩(1.14)Моментно-инерционная компоновка происходит на базе выбраннойсхемы, определяющей основные параметры. В ходе компоновки определяютсявнешние и внутренние формы, компонуется полезная нагрузка, оборудование,снаряжение, размещаются агрегаты СУ и т.

д.По частным критериям эффективности самолета производится оценкаэффективности компоновки, исключаются заведомо неэффективные варианты.Многие из частных критериев являются взаимосвязанными, что не позволяетих использовать при оценке проектов.

Важно учесть, что введение весовыхкоэффициентов приводит к субъективным оценкам.Выявим группы элементов, для которых известна массы и зоны компоновки,а также контроль над соотношением моментов инерции отдельных агрегатов и44систем самолета. В совокупности это позволяет сформировать уравнениесуществования самолета в моментах инерции:UW\ =êXëa UXсоб+êXëa UXпер ,(1.15)гдеUW\ - момент инерции самолета относительно оси ОZ;UXсоб - собственный момент инерции j-го агрегата;UXпер - переносной момент инерции j-го агрегата;илиUW\ = Uп.н.

+ Uс.н + Uо.у + Uс.у + Uс.у.р + UТ +. . . +Uк ,где(1.16)UW\- момент инерции самолета относительно оси ОХ;Uп.н.- момент инерции полезной (коммерческой) нагрузки(пассажиров и багажа, грузов и т.д.);Uс.н- момент инерции снаряжения и оборудования, котороеобеспечивает определенные условия комфорта иразмещения полезной нагрузки на борту;Uо.у- момент инерции оборудования, которое обеспечиваетэксплуатацию самолета в заданных условиях(пилотажно-навигационное оборудование,энергетическое оборудование и т. д.);Uс.у- момент инерции силовой установки;Uс.у.р- момент инерции системы управления рулями самолета;UТ- момент инерции топлива на борту самолета;Uк- момент инерции конструкции самолета (фюзеляж,крыло, оперение, шасси).Решение уравнения относительно IOZ в явном виде затруднительно, и этуоперацию целесообразно выполнять с использованием уравнения моментноинерционного баланса самолета в относительном виде [27,28]:45UBC =óñòô ïñïöõóûñòô úñ ∙ùñúü ∙ùüû=êXëa %X=∙ |X†^ .(1.17)Тогда уравнение существования в относительных моментах приобретаетвидêUW\ =êUXсоб + XëaUXпер(1.18)XëaВ результате для САБ мы получаем систему уравнений существования,отражающую ограничения по всем шести степеням свободы.

Соответственнопоступательные степени отражены в уравнении массового баланса, авращательные степени свободы находят отражение в уравнениях моментноинерционного баланса[27,28]:⎧1 =⎪⎪1 =⎪⎪⎨⎪1 =⎪⎪1 =⎪⎩∑m ;ii∑Ij 0X;∑Ik 0Z;∑In 0Y.j(1.19)knРешение системы уравнений (1.19) представляет собой сложныймногоитерационный процесс, при этом проектирование происходит в условиях,когда на систему в целом уже наложены некоторые требования и ограничения.В свою очередь, задача проектирования состоит в формулировании требованийи ограничений, в рамках которых будет проходить проектирование отдельныхагрегатов.1.2.3 Анализ ограничений, учитываемых в моделяхU = U(LТО ; Lпотрб ; LВПП ; mпос ; mц.н ; hльда ; Uпогода ;Uэкология ; Uэмиссия ;Uэкипажа ; Uперваяпосадка ; Uдв ; Uклимат ; Uгрузоперевозок ;Uдесантирования )(1.20)- множество ограничений при эксплуатации в полярных условиях.46U = U Ua ; U^ ; Ud ; Ue ; U® ; U© ; U™ ; U´ ; U¨ ; UaW ; Uaa ; Ua^ ; Uad ; Uae ; Ua® ,(1.21)гдеUa = LТО -вероятностная максимальная дальность Транспортной операции вполярном регионе на маршруте «туда-обратно» (см.

Рис.1.4):LТО = 2Lп =ÆaLm≠ = Laв + Laл + Laв +. . . +Lêú > 4800км,гдеLп – дальность полета от Мурманск - Северный полюс, равная 2400 км;Laв – часть транспортной операции, совершаемой над отрезком«открытой воды»;Laл – часть транспортной операции, совершаемой над отрезком«дрейфующего льда».Потребная дальностьг.МоскваСеверный полюсQДальность транспортнойоперацииLТОПотребная дальностьПотребная зона полярной активностис 2010-2020 гг.г.МурманскПотребная транспортных операций в 2000х годахРис.1.4 – Диаграмма толщины льда (ℎльда ) в Арктике(Источник: CPOM, период наблюдений: январь-февраль 2011г.)47U^ = R потрб - потребная дальность транспортной операции в полярном регионена маршруте Мурманск - Северный полюс - Мурманск при условии, что зонасплошного ледяного покрова, пригодного для посадки, начинается нарасстоянии Rпотрб≥1600÷2000 км (см. Рис.В.2).vd = vВПП - ограничение по характеристике ВПП согласно [87];vd.a = >ВПП - ограничение по длине ВПП (>ВПП ≤ 1200м);vd.^ = ограничение по длину льдины >льдиныдлина ≥ 1500м;vd.d = ограничение по ширине льдины >льдиныширина ≥ 60м.Ue = mпос (hльда ) – ограничение по посадочной массе самолета,гдеhльда ≥ (1,5 ÷ 3)м;mпос (mп.снар + mцн + mТ ) ≤ m∫ªºдоп.пос (hльда );m∫ªºдоп.пос (hльда ) – максимально допустимая масса самолета припосадке на льдину.Сокращение толщины льда и площади ледового покрова (рис.1.4)приводит к увеличению потребной дальности полета.

Согласно требованиямполярной эксплуатации, обозначенным в разделе 9.1.1. «Поиск дрейфующейльдины, пригодной для устройства взлетно-посадочной площадки и льдины,пригодной для организации дрейфующей станции «Северный полюс» [87]:«Высадка участников дрейфа, завоз необходимого экспедиционногогруза обычно осуществляется самолетами Ил-14 и Ан-12 с колесными шасси.Поэтому необходимо найти такую ледяную площадку, которая полностьюудовлетворяла бы всем требованиям, т.е.

имела длину не менее 1500м, ширину60м и толщину льда минимум 1,5м. При этом рядом с ВПП должнонаходиться относительно ровное и толстое поле, где можно было быразместить груз и обеспечить стоянку одновременно не менее двух самолетов,не мешая взлету или посадке других самолетов».48v® = %цн (4ф ) – ограничение по масcе целевой нагрузки самолета, где 4ф =const.v© = ℎльда – ограничение по толщине льда [87], где ℎльда ≥ (1,5 ÷ 3)м.U™ = Uпогода – метеорологические требования эксплуатации в приполярномрегионе согласно Руководству[87]:U™.a > 300м- высота облачности должна составлять не менее 300 м;U™.^ > 7°- положение Солнца над горизонтом не ниже 7°;U™.d > 7° - горизонтальная видимость не менее 6-10 км;U™.e > 5баллов - облачность не менее 5 баллов.U´ = Uэкология – экологические требования эксплуатации в приполярномрегионе, согласно части 2 тома 2 приложения 16 к Конвенции о международнойгражданской авиации ИКАО [66].U¨ = Uэмиссия – экологические требования эксплуатации в приполярномрегионе, согласно части 34 «Охрана окружающей среды» Авиационных правилИКАО [2].UaW = Uэкипажа – количество человек в составе летного экипажа - не менее 4(капитан, второй пилот, борт-механик, штурман) согласно [87].Uaa = Uпервойпосадки – первичную посадку на подготовленные ледяные ВППпроизводят вертолеты или самолеты только с лыжными шасси согласно [87].Ua^ = Uдв – рекомендуемое количество двигателей для полярной эксплуатацииnдв ≥ 2согласно АП-25 [1].Uad = Uклимат – экологические требования эксплуатации в приполярном регионесогласно части 2 тома 2 приложения 16 к Конвенции о международнойгражданской авиации ИКАО [86].49Таблица 1.1 - Основные данные о климатических условиях¿wz.w¿wz.z¿wz.xТемпература,Тип климатаМорскойАрктический°СУсловияВлажная соленая пыльНизкая температура,ледяная пыльВысокоНизкая температура,широтныенизкое давление,районыконденсация водяных паровОтносительнаявлажность, %maxmin+50-40100-25до - 75--до - 90-vae = Uгрузоперевозок –требования по потребным (минимальным) размерамгрузов и специального оборудования перевозимого (рис.1.5) САБ [43, 87].va® = vдесантирования –требования для десантирования грузов и специальногооборудования, перевозимого САБ в ходе эксплуатации в приполярном регионе[43, 87].50Рис.1.5 - Потребная размерность грузового отсекадля грузоперевозок в Арктическом регионеВ табл.1.2 представлены ограничения и требования, на основаниикоторых можно составить модели существования региональных самолетов наполярной эксплуатации для организации дрейфующей станции «Северныйполюс» согласно главе 9 [87], требований части 2 тома 2 приложения 16 кКонвенции о международной гражданской авиации ИКАО [66] и части 34«Охрана окружающей среды» Авиационных правил ИКАО [2].51Тип операцииАн-26БРЛАн-323205701250 125072032001800235012001800 1200U10U11U12U13U14UэкипажUпервая посадкаUдвUклиматUгрузоперевозкиСогласно [87]2----Десантирование грузов непроизводитсяU15U9UэмиссияСогласно [2]4UдесантированияU8UэкологияСогласно [66]U7|U4Uпогода4375>1,5Согласно [87]: высота облачности должнасоставлять не менее 300 м, положениеСолнца над горизонтом не ниже 7°,а горизонтальная видимость не менее 6-10км, облачность не менее 5 баллов5500U6-hльда, м4000U5720mцн, кгmпос, кг650U3Lвпп,мИл-14U2Ледоваяразведка до1990г.Lпотрб,кмАн-14U1ТипВСLто, кмТаблица 1.2 - Сводная таблица ограничений и требований, предъявляемых к САБ2П-224,ПА-2,ПА-552Обеспечение илогистикадрейфующейстанции«Северныйполюс»Ан-14Ил-14Ан-7441502500 1200165025000720>1,5125065072016600400065032057030007201250650720166004000Ан-26БРЛ3200 1800 1200185005500Ан-3211501800 1200÷2350210006700÷4375100004400>1,5Согласно [2]Согласно [66]4Лыжное шасси42Согласно [87]2---Десантирование грузов непроизводится3000Согласно [87]570Согласно [2]320Согласно [87]: высота облачностидолжна составлять не менее 300 м,положение Солнца над горизонтомне ниже 7°, а горизонтальнаявидимость не менее 6-10 км,облачность не менее 5 балловИл-14650Согласно [66]Ан-14Согласно [87]: высота облачностидолжна составлять не менее 300 м,положение Солнца над горизонтомне ниже 7°, а горизонтальнаявидимость не менее 6-10 км,облачность не менее 5 балловПервоначальнаявысадкадрейфующейстанции«Северныйполюс» до1990г.-Десантирование грузов непроизводится-2П-224,ПА-2,ПА-5PLA,PLBПА-2,ПА-5,П-7,ПГС-50053Снятиедрейфующейстанции«Северныйполюс» до1990г.1650Ан-74Ми8/17*2500 1200415058030010-105000650320570300072012506507201660040001000025000440040001÷1,5Согласно [2]Согласно [66]Согласно [87]: высота облачности должна составлять не менее 300 м,положение Солнца над горизонтом не ниже 7°, а горизонтальная видимость неменее 6-10 км, облачность не менее 5 баллов5500 тИл-1415 000 nmНЭС «Академик Трешников»ААНИИ*Ан-1442Согласно [87]-PLA,PLB-54Десантирование грузов непроизводится---Ан-3223004375100001650Сопровождениегрузовыхкараванов вдольСМПАн-742500 12004150Ми8/17*580-3001044004000-4-2--2П-224,ПА-2,ПА-5PLA,PLBПА-2,ПА-5,П-7,ПГС-500-Десантирование грузов непроизводится67001800 1200Согласно [87]1150Согласно [2]5500Согласно [66]3200 1800 1200Согласно [87]: высота облачности должна составлять не менее 300 м,положение Солнца над горизонтом не ниже 7°, а горизонтальная видимостьне менее 6-10 км, облачность не менее 5 балловАн-26БРЛДесантированиегрузовнепроизводитсяВ период 1988-2003 гг.