Аэродинамика, динамика полета магистральных самолетов (Бюшгенс Г.С., 1995 - Аэродинамика, динамика полета магистральных самолетов)

имелось ыа.~рк|и - сачолв свонмн р~лэмии Научный редактор академик РАН г. Жуковский, 1995г. Г. С. Бюшгенс глава 10 — А. В. Климин, К. Ю. Косминков, глава 11 — Г. А. Павловец. В заключение все участники работы над монографией считают своим приятным долгом выразить большую благодарность академику КНР Гу Сунфен и сотрудникам САЕ за помошь в издании этой книги. ВВЕДЕНИЕ Развитие реактивной транспортной авиации было начато широкой эксплуатацией на линиях пассажирского самолета Ту-104 в 1956 году. Предпринятые более ранние попытки были неудачными,а некоторые даже трагическими.Так,созданный в начале 50-х годов фирмой Де Хавилленд пассажирский самолет Комета потерпел ряд катастроф,так как при его создании не были учтены проблемы усталости конструкции таких самолетов с многократно меняющимися нагрузками.

Таким образом, реактивная пассажирская авиация насчитывает уже опыт около 40 лет. Если учесть, что на создание магистрального самолета от момента начала предварительных проработок до момло1 Ыа.~рамо - Со 1опоп оооими рмломии 2000 — 2010 г.г. такой же темп перевозок, т.е.

к этому времени следует ожидать их удвоения. Вероятно, такой прогноз обоснован, поскольку прогнозируется рост населения земного шара с 4,4 млрд. в 1980г. до 5,5 — 5,8 млрд. к 2000г. Кроме того, современная политическая ситуация в мире способствует усилению связей между населением различных стран. В этом же направлении будет действовать и фактор роста национального дохода. Эта тенденция подтверждается значительным ростом связей на основе туризма, в последние годы, например, число туристов в Западную Европу превысило 350 млн. в год.

Оценка потребного парка магистральиь!х самолетов представляется очень важной. По данным ИКАО, к началу 90-х годов общее число магистральных самолетов составляло около 6500, из которых около 80% — ближние и средние магистральные самолеты, а па 40 аоо гоо 1оо с, Г-~ тр-ьзы в некоторых странах даже окодо 90%.

Можно ожидать изменения в ьаало~ ыа.~риги - смчолм своими р~лэмпл увеличения дальности полета дальних магистральных самолетов до 12000 — 15000 км. При этом проявляется тенденция увеличения крейсерской скорости полета. При рассмотрении направлений развития магистральных самолетов одним из важных факторов является их топливная эффективность. Ограничение ресурсов углеводородного топлива в каждом последующем десятилетии будет повышать требования к снижению расхода топлива. Конъюнктура по цене топлива изменяется; в 1973 — 19?бг.г. она была кризисной, к 80-м годам наблюдался резкий рост цен, а в последующие годы кризисная ситуация ослабилась, на ближайшие годы некоторые авторы прогнозируют новое повышение цен.

Так или иначе, общая тенденция, так сказать, глобальная,на период 20 — 30 лет требует все большей экономии топлива, так как его ресурсы ограничены.С этой точки зрения важно рассмотреть возможное повышение топливной Ддя дальних магистральных самолетов на последующие годы можно ожидать уменьшения расхода топлива, кроме того, за счет увеличения пассажировместимости, применения систем управления пограничным слоем(искусственной ламинаризации),использования для самолетов с очень большой пассажировместимостью компоновки без фюзеляжа, т.е. переход к схеме"летающее крыло". Следует отметить очень важные новые свойства перспективных магистральных самолетов. Во-первых, вследствие значительного улучшения аэродинамики (повышение аэродинамического качества), дальнейшего уменьшения расхода топлива новыми двигателями, большая дальность полета будет достигаться при сушественно меньшей взлетной массе самолетов.

Темп увеличения взлетной массы для самолетов нового поколения при увеличении дальности полета резко уменьшается. Во-вторых, для перспективных дальних самолетов топливная Третьим фактором увеличения аэродинамического качества магистральных самолетов нового поколения явилось значительное уменьшение запасов продольной статической устойчивости и вследствие этого уменьшение потерь на балансировку на крейсерском режиме.

Последнее мероприятие стало возможным при введении специальной автоматической системы улучшения устойчивости и управляемости*. Наконец, оптимизация параметров самолета„ рациональная общая аэродинамическая компоновка также явились важным вкладом в увеличение аэродинамического качества.Всем этим вопросам посвящены главы 1 — 5,10,11 настоящей монографии.

Разработанные новые магистральные самолеты Ил-96 и Ту-204 (см. рис. 2иЗ)и реализация материалов проработок ОКЕ по развитию магистральных самолетов в ближайшие 10-15 лет обслп чит при их «оооо1ало.ороо» - ( ооооэ оооооо рроооо".! МЗГ55СТРаЛЪ5аях СЗМОЛСтоп ЯВЛ5НтС55 ОЛНОЙ ИЗ СаМЫХ ДОХОЛН5о5Х сп.раслсй промышленности.

Так, например,фирма" Боинг'"изготовила в 1986г. 341 магистральный самолет на сумму 19 млрл. лолл., а в 1988г. уже 636 — на сумму 29,6 млрл . долл. Слслует иметь в виду, что свышс 50% самолетов экспортируются и приносят фирмам и странам — изготовителям огромные доходы. По данным ИКАО, к началу 90-х годов объем грузовых перевозок достиг 50 млрд. т~ км 1это примерно 25% всех авиаперевозок). За послсднис 20 лет наблюдается непрерывное увеличение объема этих перевозок. Интенсивность роста, конечно, слерживается относительно высокой ценой этих перевозок.

Как правило, к ним прибегают в случаях, когда большую роль играет фактор времени. Для многих стран большое значение имеет перевозка уникальных »»»оо!Иыо.орЬ.оо - Ео»о.~оз ооон»и р!»оиир! подвеске на рис.5 показана фотография Ли-225 "Мрите", !!Сревозяц!е! о многоразовый орбитальный самолет »1>1 ран'*.

ракам образом, развитие транспортной ги!иации широкого иазиа~!Сная открыва!Ст большие во:в!Ожности по перевозке различных !-р, зов, 13 этом направлении представляет большой интерес ° !еждувародиое сотртд!!ичество в вид!.' Оргги!изации специалы!ых компаний при участии р!Ида заинтересованных стран для обслуживания всех потребителей. Открывающиеся увикальнью возможности уже сей гас на базе транспортных самолетов Ли-124 и Ан-225 будут сиособствовать развитию экоиомики, Ожидаемое значительное расширение пассажирских перевозок в на !але ХХ1 века, а также возникшая потребность в дальиих линиях вновь привлекак!т ги!имание к проблеме увели юния скорости магистральных самолетов.

В ряде стран уже накоплен опыт создания самолетов различного назначения для длительяого полета на сверхзвуковых скоростях. Соз!дание и эксплуатация первых сверх:!Иуковых пассажирских имилокь-марь.ги — самолет своивш р~камп".! в январе 1976г. авиакомпаниями "Эйр Франс" и "Б итиш Аэ й уровень комфоРта для пассажиров и др. Все эти показатели Уровень топливной эффективности "Конкорда" так же как Т- р ", ак Ту-144, взаимосвязаны, и при проектировании самолета улучшение одних из составляет-100гlпасс.км. них иногда ограничивает возможности совершенствования других.

Трудности, возникаю ие п и ющие при увеличении числа М креи~., Попытки выработать всеобъемлющий критериИ эффективности соответствующего крейсерской скорости свыше 2 — 2 3 7 —,З,связаны с пассажирского самолета пока оказываются безуспешными. необходимостью перехода от т а и и н р д ц о ных конструктивных Многолетняя практика самолетостроения свидетельствует о том,что материалов на основе алюминия к титану и стали. комплексные критерии в большинстве случаев недолговечны и Главное преимущество, кото е пол ча ско сти — ост ч ", о Ро у ется при увеличении эффективны лишь для оценки построенных сам лет об й о ов и ще ро — рост часовои производительности самолета, определяемой конъюнктуры. пр ПрОИЗВЕдЕНИЕМ Г «л.

' 1' р Ис, КОтОрцй ИВОднт К уменьшению Для определения облика и параметров нового самолета, помимо себестоимости перевозок. Вследствие этого в п ин ипе р ц е допустимо, с большого объема исследований по аэродинамике, прочности, точки зрения экономики, некоторое величение ' > У расхода топлива. конструкции, необходимы детальные исследования развития общей Однако, если учитывать чие за про траты и особенно затраты на конъюнктуры и возможностей авиастроения. При оценке технического разработку СПС-2, которые мог т быть у значительными, совершенства современного самолета в качестве определяющих экономическая целесооб азность с Р создания СПС-2 будет в обычно рассматриваются следующие параметры: юмилокь-ылрь.ги — оачолк1 сноивш юк1мп".! самолета, выраженной в тонно-километрах или пассажиро-километрах; самолетов.

В этих условиях обеспечение конкурентоспособности †мас относительной коммерческой нагрузки самолетов требует сокрашения расхода топлива часто даже за счет некоторого ухудшения таких параметров, как крейсерская скорость, †часов прибыль или себестоимость перевозок. масса снаряженного самолета, масса и стоимость двигателя.

В ряде Анализ показывает на отчетливый рост параметра дальности с случаев критериИ топливной эфф эффективности изменяет установившиеся увеличением протяженности авиалиний, К рот , роме того, использование на представления о показателях технического совершенства самолета, В качестве примера можно рассмотреть такой традиционный показатель, двухконтурности заметно увеличило параметр дальности по сравнению как весовая отдача по пол о полезнои нагрузке. Из двух самолетов, с его значениями для самолетов с обычными ТРД.