Долгов О.С. Моментно-инерционный фактор в формировании облика самолета (Моментно-инерционный фактор в формировании облика самолета), страница 8

В качестве объекта исследованиярассматривались перспективные самолеты тандемной схемы. Данный выбор в рамкахисследования продиктован принципиальной возможностью смоделироватьпрактически все перспективные схемы в моментно-инерционном облике в рамкахсуществующей тандемной схемы. Исследования были проведены на множествевариантов структурных и компоновочных решений в облике самолета.Исследования по верификации (рис.

21) расчетных моментов инерциипроводились на демонстраторе АСА-2RC и самолете прототипе Q200. После чего былисформированы проектные рекомендации по формированию моментно-инерционногооблика самолета АСА-2 и изменению существующей компоновки Q200.Рис. 21. Проверка адекватности инерционных моделейотносительно оси ОХПроведенные исследования показали, что контроль моментноинерционного облика самолета на всех этапах проектирования и изготовления,опытных образцов, позволяет сократить объем работ на этапе испытаний, а такжеспособствует выбору наиболее рационального облика и компоновки самолета наранних этапах проектирования.В девятом разделе девятой главы выявлено влияние параметров моментноинерционной компоновки на массу и дальность полета самолета.В процессе анализа рассмотрены альтернативные варианты моментноинерционной компоновки топлива, двигателей и коммерческой нагрузки и ихвлияние на изменение массы самолета.В совокупности результаты этого анализа дали основу для исследованиявзаимного влияния (рис.

22) относительной массы крыла, фюзеляжа и параметровмоментно-инерционной компоновки в виде радиусов инерции пассажиров ибагажного отсека. Это, в свою очередь, позволило сформировать зависимостьдальности полета от параметров моментно-инерционной компоновки самолета:- 42 L = 3.45KVкрейссp⋅ ln1(mкр ( I оx кр. агр. ) + mф (I oz ф. к.н. ) + mоп (zдв ) + mш ) + mс. у + mоб. упр ( I xyzо ) + mц.н + mсл(23)Проведенный анализ показывает (рис. 23), что при сравнении среализованными проектами данные, полученные как оптимумы на графикахобластей допустимых значений моментно-инерционных характеристик, позволяютулучшить летно-технические характеристики до 7-8% за счет снижения истабилизации моментно-инерционного облика в течение полета.Рис.

22. Анализ влияния моментно-инерционной модели на массу крылаВыявленная зависимость изменения дальности полета от взлетной массы приоптимальных значениях моментов инерции отражает изменение степени влияниямоментно-инерционных параметров на облик и летно-технические характеристикисамолета при увеличении типоразмера самолетов. Эти исследования подтверждаютактуальность работ направленных на оптимизацию моментно-инерционного обликадля дальнемагистральных самолетов большой пассажировместимости.В десятом разделе девятой главы приведены перспективные направлениясинтеза моментно-инерционного облика самолетов.

На современном этапенаучно-технического развития можно выделить два основных направленияисследования проблем моментно-инерционного облика перспективных самолетов.Первое направление связано с увеличением эффективности иповышением надежности системы управления, а второе со снижением истабилизацией моментно-инерционного облика самолета. Увеличениеэффективности системы управления возможно по трем направлениям:увеличение площади рулевых поверхностей, возможно с применениемальтернативных типов поверхностей управления, увеличение плеча от точкиприложения силы до оси вращения, и применение энергетических методовувеличения эффективности системы управления за счет отбора избыточноймощности от силовой установки.- 43 -Рис.

23. Анализ влияния моментно-инерционной компоновкина дальность полетаРис. 24. Сравнительный моментно-инерционный анализ,относительно оси ОХ, магистрального самолета выполненногопо нормальной аэродинамической схеме и по схеме летающее крыло- 44 В рамках второго направления наиболее радикальными являются работынаправленные на исследование нетрадиционных структурно-компоновочных схем.Которые позволят снизить общий уровень моментов инерции и обеспечатстабильность моментно-инерционных показателей в течение полета.Проведенный сравнительный анализ (рис. 24) полученных в результатечисленного эксперимента характеристик моментно-инерционных компоновокмагистральных самолетов нормальной аэродинамической схемы и самолетавыполненного по схеме летающее крыло, показал явное преимущество в моментноинерционных характеристиках самолета выполненного по схеме летающее крыло.Выявлен (рис.

24.) ряд безусловных преимуществ в моментно-инерционномоблике, таких как более рациональное размещение целевой нагрузки, топливныхбаков и силовой установки, что и обеспечило выигрыш в массе самолета до 7-8%,только за счет рациональной моментно-инерционной компоновки.Дляперспективныхдальнемагистральныхсамолетовбольшойпассажировместимости, пожарных гидросамолетов и сверхманевренных ударныхкомплексов результаты проектных исследований на современном уровне научнотехнического развития подтвердили актуальность использования предложенныхметодов формирования моментно-инерционного облика.ВЫВОДЫРазработано научно-методическое обеспечение анализа влияния моментноинерционного фактора на облик самолета.Выявлены, перспективные типы самолетов, для которых моментноинерционный фактор оказывается одним из определяющих успех при решениипроектных задач.

К таким самолетам, в первую очередь, следует отнестидальнемагистральныесамолетыбольшойисверхбольшойпассажировместимости, ударные сверхманевренные самолеты, самолетывертикального взлета и посадки и пожарные гидросамолеты.1. Определены и формализованы ограничения, влияющие на моментноинерционный облик самолета, для дальнемагистральных самолетов большойпассажировместимоститакиеограниченияхарактернысостороныинфраструктурных факторов (например, даже современный А-380 в ряде случаевоказывается несовместим с существующей инфраструктурой), ограничения состороны характеристик устойчивости и управляемости самолета.

Для пожарныхгидросамолетов также необходимо рассматривать ряд компоновочных факторовпри расположении водных баков. Задача согласования моментно-инерционнойкомпоновки с возможностями системы управления выделена в отдельный раздел,определены задачи, решаемые на этом этапе и их влияние на облик системыуправления и эффективность самолёта в целом.

Необходимо отметить, что дляпроектных работ по формированию моментно-инерционного облика самолетахарактерна более глубокая связь между этапами компоновки и высокаяитерационность процесса, что во многом размывает границы между проектнымиэтапами.2. Разработанные, новые методы, определения моментов инерции самолетана основе расчетных коэффициентов распределения массы, позволяют эффективнопроводить работы по формированию моментно-инерционной компоновки уже наранних этапах проектирования с итерационным увеличением точности от 25 до10%, как для самолета в целом, так и для отдельных агрегатов, таких как крыло,фюзеляж, оперение, силовая установка, топливные и водные баки.- 45 3. Выявленные и систематизированые схемные и конструктивнокомпоновочные решения в сочетании с альтернативными вариантами системыуправления, обеспечивают снижение требований к системе управления самолетомпри работе на аварийных режимах.4. Сформированная номенклатура и состав моделей необходимых дляобеспечения этапа моментно-инерционной компоновки самолетов, позволилаформализовать основные агрегаты системы управления, и разработать модели,которые в свою очередь позволяют выполнять анализ моментно-инерционногооблика на ранних этапах проектирования.

Это позволило сформировать алгоритмыдля создания современной автоматизированной подсистемы проведения научныхи проектных исследований в области моментно-инерционного облика самолета.5. Разработанные модели и алгоритмы легли в основу подсистемы синтезамоментно-инерционной компоновки «Моментно инерционный фактор»,свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011610197.6. На основе разработанного научно-методического обеспечения былипроведены проектные исследования и получены следующие результаты:- для типовых дистанций расположения двигателей выявлены рациональныедиапазоны размещения топливных баков (max 0.5-0.7 от размаха крыла),обеспечивающие получение рационального моментно-инерционного обликасамолета, позволяющего снизить разброс моментно-инерционных показателей втечение полета в 1,3 раза.

Для реализации этих требований необходимо отойти оттрадиционных зон компоновки топливных баков в крыле между лонжеронами иприменить либо сосредоточенные баки с вынесением за обводы крыла, либоизменить концептуальный облик самолета;- определено влияние параметров моментно-инерционной компоновкитоплива и двигателей на изменение массы крыла и выявлена зависимость междупараметрами моментно-инерционной компоновки двигателей и топливных баковпри фиксированном моменте инерции крыла;- определено влияние параметров моментно-инерционной компоновкицелевой нагрузки на изменение массы фюзеляжа;- определено интегральное влияние параметров моментно-инерционнойкомпоновки на дальность полета;- выявлено, что применение синтезированных рациональных вариантовмоментно-инерционной компоновки, допускающих, например, изменение моментаинерции относительно OX, в течение полета, не более чем в 1,6 раза, в совокупностис рациональным обликом системы управления, разработанной с использованиемпринципа замещения отказавшего контура, позволяет снизить избыточный уровеньуправляемости с 2,22 до 1,47, т.е.

в 1.5 раза, при сохранении уровня эффективностисистемы управления, на аварийных режимах, не менее 0,6 от штатного.Использование синтезированных вариантов моментно-инерционной компоновкиотносительно оси OZ позволяет стабилизировать избыточный уровеньуправляемости в пределах 1,55, что благоприятно отразится на аварийных режимахработы контура системы управления.Использование полученных результатов позволит сократить время, снизитьстоимость и повысить качество проектно-конструкторских работ на этапесогласования моментно-инерционной компоновки самолета с возможностямисистемы управления. Что благоприятно отразится на улучшении летных иэксплуатационно-экономических характеристиках самолета.- 46 Основные положения диссертации опубликованы в работах:1. Долгов О.С., Куприков М.Ю.«Формирование структурнопараметрическогообликасовременнойсистемыуправлениядальнемагистрального пассажирского самолета»// Сборник тезисов докладовнаучной конференции молодых ученых «VI Королевские чтения:Всероссийская молодежная научная конференция», Самара 2001;2.