Долгов О.С. Моментно-инерционный фактор в формировании облика самолета (Моментно-инерционный фактор в формировании облика самолета)

-1-На правах рукописиУДК 629.735.33.01ДОЛГОВ ОЛЕГ СЕРГЕЕВИЧМоментно-инерционный факторв формировании облика самолетаСпециальность 05.07.02.«Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов»Автореферат диссертациина соискание ученой степени доктора технических наукМосква - 2011-2Работа выполнена на кафедре «Проектирование самолетов»в Московском авиационном институте(национальном исследовательском университете)Научный консультант:доктор технических наук, профессор Куприков Михаил ЮрьевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук Каримов Альтаф Хуснимарзановичдоктор технических наук Абашев Виктор Михайловичдоктор технических наук Пухов Андрей АлександровичВедущее предприятие:ОАО «ТАНТК им.

Г.М. Бериева»Защита состоится «21» декабря 2011г. в 1000 часов назаседании диссертационного совета Д212.125.10 Московского авиационногоинститута (национального исследовательского университета) по адресу:125993, Москва, Волоколамское шоссе, д.4, главный административныйкорпус, зал заседания ученого совета.Просим Вас принять участие в обсуждении диссертационной работыили прислать свой отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью, поуказанному выше адресу.Для участия в заседании диссертационного совета необходимозаблаговременно заказать пропуск по тел.

158-58-52.С диссертацией можноАвтореферат разослан «ознакомиться»Ученый секретарьдиссертационного совета Д212.125.10кандидат технических наук, профессорв библиотекеинститута.2011 г.Комаров Ю. Ю.-1ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. Повышение требований к характеристикамсовременной авиационной техники обусловило широкий поиск новых проектноконструкторских решений. Среди них можно выделить ЛА, для которых влияниежестких моментно-инерционных ограничений носит концептуальный характер:это сверхзвуковые маневренные самолеты, грузопассажирские региональныесамолеты вертикального взлета и посадки (СВВП), маневренные СВВП,пожарные гидросамолеты, а также дальнемагистральные самолеты большой исверхбольшой пассажировместимости (ДМС БП).Одной из наиболее актуальных задач при проектировании перспективныхсамолетов этого класса является обеспечение достаточной и ожидаемой пилотамиуправляемости на штатных и аварийных режимах работы системы управления.Это объясняется тем, что при увеличении линейных размеров самолета взлетнаямасса растет пропорционально кубу линейного размера, а моменты инерции пропорционально четвертой-пятой степени, что непосредственным образомсказывается на энергопотреблении системы управления.

С другой стороныбольшие запасы топлива и целевой нагрузки приводят к значительномуизменению моментно-инерционных характеристик самолета, как в течение полета,так и при выполнении цикла транспортных задач. Решение указанных задач тольков рамках отделов систем управления зачастую оказывается затруднительным, итребует более широкой проработки.Предпосылкой для решения задач выявления влияния моментноинерционной компоновки (рис.1) на облик самолета является опыт разработок,направленных на улучшение его взлетно-посадочных характеристик, программ посозданию СВВП, и ДМС БП, а также научно-методическая база этих работ. Ееанализ показывает, что отдельные аспекты специфических проблемпроектирования самолетов с учетом моментно-инерционных ограниченийизложены в работах, посвященных СВВП и самолетам вертикальногоультракороткого взлета и посадки (СВ/УВП): В.В. Володина, Г. Закса, К.

Хафера(ФРГ), Ф.П. Курочкина, Н.К. Лисейцева, В.З. Максимовича, В.П. Павленко,В.Т. Тараненко – и в работах ряда других отечественных и зарубежных авторов,ученых ММЗ «Скорость», ОКБ им А.С.Яковлева, ЦАГИ и других авиационныхНИИ. В исследованиях Г.С. Бюшгенса рассматриваются концептуальныенаправления развития авиационной промышленности.

Работы В.М. Шейнина иВ.И. Козловского посвящены особенностям весового проектированием и методамрасчета моментов инерции магистральных самолётов. В.В. Мальчевскийпредложил матрично-топологический метод синтеза схемы и компоновкисамолета. В.3.

Максимович рассмотрел вопросы формирования обликаперспективных СВВП. Работы О.С. Самойловича посвящены взаимной увязке иинтеграции элементов планера и систем самолета при формировании обликаоригинальных схем ДМС БП. М.И. Ионов, В.Н. Семенов произвели анализвлияния внешних факторов на облик системы управления самолета.

Задачипроектирования систем управления самолета изложены Ф.И. Склянским,В.И. Гониодским, И.С. Шумиловым.-2-Рис. 1. Моментно-инерционная модель самолетаК.М. Наджаров разработал методы определения в процессе проектированиякартины изменения объемно-тарировочных, центровочных и массовоинерционных параметров топливной баковой системы. В работах Р.Е. Лампераисследуются виды и задачи флаттера.В материалах В.Г. Микеладзерассматриваются вопросы аэродинамики органов управления.

Работы С.Я.Наумова посвящены задачам устойчивости и управляемости магистральныхсамолетов. В.Я. Бочаров рассмотрел современные актуальные проблемы системуправления и энергетических систем магистральных самолетов. Ю.Ф. Шелюхинзанимался проблемами систем улучшения устойчивости и управляемости. Г.В.Александров, Ю.Г. Живов, А.С. Устинов исследовали проблемы и перспективыактивных систем управления.Опыт научно-исследовательских и проектных работ, а такжеэксплуатации самолетов создает научную базу, и подтверждает актуальностьрешения задач формирования моментно-инерционного облика самолета сучетом удовлетворения «жестких» инфраструктурных ограничений. Однако вназванных работах представлена «прямая» задача проектирования, в которойвлияние инфраструктурных и моментно-инерционныхограниченийрассматривается как проверочное ограничение результатов формированияоблика самолета.

Это обстоятельство приводит к большому числу итераций, апри отсутствии времени и средств на поиск рациональных схемнопараметрических решений – к выбору нерационального, но по формальнымпризнакам удовлетворительного облика самолета.-3Целью диссертационной работы является разработка научно-методическогообеспечения, включающего методики, алгоритмы и программные комплексы,обеспечивающие анализ влияния моментно-инерционного фактора на облик самолета.Достижение поставленной цели осуществлено на основе решений следующих задач:- выявить моментно-инерционные требования и критичные факторыформирования облика самолетов;- выявить место этапа согласования моментно-инерционной компоновки свозможностями системы управления в рамках формирования облика самолета исостав задач, решаемых на этом этапе;- разработать новые и модифицировать существующие методы оценкимоментов инерции самолета в первом приближении;- выявить и систематизировать конструктивно-компоновочные решения,обеспечивающие требования системы управления к моментно-инерционному облику;- разработать новые и модифицировать существующие модели необходимыедля этапа согласования моментно-инерционной компоновки с возможностямисистемы управления;- разработать алгоритмы и подпрограммы, и включить их в системуавтоматизированного формирования облика самолета;- провести на базе подсистемы проектные исследования по выявлениюрациональных значений параметров и схем моментно-инерционной компоновки;- анализируя полученные результаты выработать рекомендации по моментноинерционной компоновке.Методика исследования.

Предметом исследования является влияниемоментно-инерционной компоновки дальнемагистрального самолета большойпассажировместимости на облик системы управления в канале крена.Декомпозиция задач, разработка моделей и алгоритмов базируются на принципахсистемного подхода. Выявление рациональных конструктивно-компоновочныхрешений осуществлено на основе моделирования с помощью формальноэвристических процедур.Математически задача отыскания рациональных значений параметровпоставлена как задача многокритериальной дискретной оптимизации.Научная новизна диссертации заключается в создании научнометодического обеспечения (НМО), состоящего из методов, алгоритмов иподпрограмм, позволяющих проводить анализ влияния моментно-инерционнойкомпоновки на облик систем управления перспективных самолетов большойпассажировместимости.

С использованием разработанного НМО, в даннойдиссертационной работе выявлены специфические задачи компоновки топливныхотсеков, силовой установки и целевой нагрузки для дальнемагистральныхсамолетов большой пассажировместимости, а также водных баков для пожарныхгидросамолетов. По результатам анализа разработаны модели агрегатов ипредложен метод расчета моментов инерции самолета в первом приближении.Выявлены связи параметров альтернативных вариантов компоновкитоплива, двигателей и целевой нагрузки с моментно-инерционнымихарактеристиками самолета, а также определены области существованиякомпоновочных решений и зоны применения альтернативных подходов кформированию облика системы управления.-4Теоретическая и практическая ценность. Разработанные методырасчета и модели использованы в созданном, при участии автора, программномкомплексе формирования моментно-инерционного облика самолета, получившемсвидетельство о государственной регистрации программы №2011610197.Комплекс является современным «инструментом» проектировщика-исследователядля выработки рекомендаций по проектированиюперспективныхдальнемагистральных самолетов большой пассажировместимости, пожарныхгидросамолетов и др.Результаты работы могут быть использованы в НИИ и ОКБ авиационнойпромышленности при разработке комплексных систем автоматизированногопроектирования и при подготовке специалистов по проектированию самолетов вавиационных учебных заведениях.К наиболее существенным результатам, полученным личносоискателем ученой степени, следует отнести:1.

Разработку научно-методического обеспечения анализа влияния моментноинерционных характеристик на облик самолета;2. Выявление и формализацию ограничений, оказывающих наибольшее влияниена моментно-инерционный облик самолета;3. Выделение задачи согласования моментно-инерционной компоновки свозможностями системы управления в отдельный раздел, определение задачрешаемых на этом этапе и их влияния на облик системы управления иэффективность самолёта в целом;4.