Основные элементы самолета реферат

Обновлено: 02.07.2024

К летательным аппаратам тяжелее воздуха относятся: планеры, самолеты, самолеты-снаряды, ракеты, вертолеты, автожиры, винтокрылы, орнитоптеры.

Планер представляет собой бездвигательный аппарат тяжелее воздуха, подъемную силу которому создает неподвижное относительно корпуса крыло. Движение планера вперед создается действием составляющей его силы веса.

Взлет планера может производиться с помощью резинового амортизатора, лебедки, на барабан которой наматывается трос, прикрепленный к планеру, или с помощью самолета-буксировщика.

Самолет — летательный аппарат тяжелее воздуха, подъемная сила которого создается неподвижным относительно других частей аппарата крылом при его поступательном движении в воздухе. Необходимая для полета самолета тяга создается силовой установкой.

Самолет благодаря большой скорости, грузоподъемности и радиусу действия, надежности в эксплуатации, высокой маневренности, устойчивости и управляемости стал основным средством передвижения в воздухе. Основные части самолета показаны на рис. 31.

Самолеты-снаряды и ракеты относятся к беспилотным летательным аппаратам тяжелее воздуха. Первоначально такие аппараты были созданы для изучение работы ракетных двигателей и верхних слоев атмосферы. Достижения в области ракетной техники за последние десятилетия позволили создать многочисленные системы баллистических летательных аппаратов, ракет для запуска искусственных спутников Земли и пилотируемых космических кораблей.

Вертолет (геликоптер)—летательный аппарат тяжелее воздуха, у которого подъемная сила и тяга, необходимые для полета, создаются одним или несколькими несущими винтами, приводимыми во вращение поршневыми или реактивными двигателями.

Аппараты вертикального взлета и посадки (АВВП) представляют собой либо сочетание самолета с вертолетом, либо самолеты, у которых подъемная сила на взлете и посадке создается при помощи специальных реактивных двигателей, называемых подъемными.

В горизонтальном полете у таких аппаратов подъемная сила создается крылом, а тяга — обычными двигателями, которые называются маршевыми. При других схемах вертикальный взлет и посадка могут совершаться путем отклонения вектора тяги, что достигается либо поворотом двигателей, либо отклонением реактивной струи. При проектировании подобных аппаратов ставится задача совместить летные преимущества вертолета с высокой скоростью самолета.

Автожир — летательный аппарат тяжелее воздуха, у которого основной несущей поверхностью является ротор — несущий винт, вращающийся под действием встречного потока воздуха. Поступательное перемещение автожира обеспечивается в отличие от вертолета обычным воздушным винтом, вращаемым двигателем. Автожиры не получили широкого применения потому, что, значительно уступая самолетам в скорости полета, не решили задачи вертикального взлета и вертикальной посадки.

Орнитоптер — летательный аппарат тяжелее воздуха, у которого подъемную силу и тягу создают крылья, осуществляющие движения подобно крыльям птицы. Точное воспроизведение движения птицы настолько трудно осуществить, что создать такой летательный аппарат до сих пор не удалось, но при имитации подобных движений можно достигнуть некоторых успехов.

Требования, предъявляемые к самолетам

Самолет должен удовлетворять весьма разнообразным и жестким требованиям. Так, он должен иметь высокие летные данные, т. е. большую максимальную скорость при минимальной посадоч

ной, большие дальность полета, радиус действия и продолжительность полета, значительный потолок, хорошую устойчивость и управляемость, большую скороподъемность.

Как средство транспорта самолет должен иметь высокие экономические показатели, т. е. малую стоимость производства в целом, низкие эксплуатационные расходы, высокую весовую отдачу, большую продолжительность службы, обладать достаточной прочностью и жесткостью, высокой живучестью и надежностью.

От пассажирского самолета требуется, кроме того, удобство размещения пассажиров, обеспечение им комфорта, создание наиболее благоприятных условий для жизнедеятельности человеческого организма.

Легко видеть противоречивость многих из перечисленных требований: улучшение одних данных влечет за собой ухудшение других. Так, например, увеличение максимальной скорости полета приводит к росту посадочной скорости, к ухудшению маневренности самолета; требования прочности, жесткости и живучести противоречат требованию уменьшения веса конструкции и т. д. Невозможность одновременного выполнения противоречивых требований исключает создание многоцелевого самолета. Поэтому любой самолет конструируют для выполнения определенных задач.

Значительное влияние на летно-технические показатели самолета и безопасность полета на всех необходимых летных режимах оказывает его аэродинамическая компоновка. Под аэродинамической компоновкой понимают рациональный выбор внешних форм и взаимного расположения крыла, оперения, фюзеляжа и силовой установки для получения требуемых летно-технических свойств самолета.

2. Классификация и схемы самолетов

Гражданские самолеты предназначены для обслуживания различных нужд народного хозяйства. Они подразделяются на транспортные, специального применения и учебные.

Транспортные самолеты предназначены для перевозки пассажиров, почты и различных грузов, а поэтому подразделяются на пассажирские и грузовые. Часто один и тот же самолет бывает грузовым и пассажирским, отличаясь только различным оборудованием.

При проектировании пассажирских самолетов конструкторы решают три основные задачи:

обеспечение безопасности полета;

получение высоких экономических и эксплуатационных показателей;

обеспечение пассажирам необходимых удобств в полете.

Грузовые самолеты от пассажирских отличаются отсутствием бытового оборудования, увеличенными размерами грузовых помещений, наличием больших грузовых дверей, более прочным полом, установкой на борту устройств, механизирующих погрузку и разгрузку самолета.

Эти самолеты должны обладать большой грузоподъемностью и экономичностью.

Самолеты специального применения выполняют самые различные задачи в сельском и лесном хозяйстве, обслуживают геологические и другие экспедиции, занимаются аэрофотосъемкой, разведкой рыбы и зверя, исследованиями атмосферы и т. п. Эти самолеты отличаются от транспортных особым оборудованием и в отдельных случаях большой емкостью топливных баков.

Учебные самолеты предназначены для обучения технике пилотирования и самолетовождению пилотов и других членов экипажа.

Все самолеты можно объединить в отдельные группы, различающиеся по следующим конструктивным признакам:

а) числу и расположению крыльев;

б) типу фюзеляжа;

в) форме и расположению оперения;

г) типу, количеству и расположению двигателей;

д) конструкции и расположению шасси.

Схема самолетов в большой степени влияет на летные, весовые, эксплуатационные качества самолета.

В зависимости от числа крыльев различают монопланы, т. е. самолеты с одним крылом, и бипланы — самолеты с двумя крыльями, расположенными одно над другим (рис. 32). Бипланы, у которых одно из крыльев короче другого, получили название полуторапланов. На заре развития авиации встречались самолеты с тремя несущими поверхностями (трипланы). Биплан маневреннее моноплана, так как при одинаковой площади крыльев размах их и длина оказываются меньшими у биплана. Основным недостатком биплана является большее, чем у моноплана, лобовое сопротивление, которое затрудняло дальнейший рост скоростей полета. В современной авиации самолеты-бипланы встречаются очень редко.

Подавляющее большинство современных самолетов выполняется по схеме моноплана. В зависимости от положения крыла относительно фюзеляжа самолеты делятся на самолеты с низким (низкоплан), средним (среднеплан) и высоким (высокоплан) расположением крыла.

При низком расположении крыла конструктивно проще расположить хвостовое оперение выше крыла и тем самым вывести его из зоны затенения воздушным потоком, сбегающим с крыла. Кроме того, при таком расположении крыла высота стоек шасси получается небольшой, что позволяет уменьшить вес шасси. Однако низкоплан с аэродинамической точки зрения из-за взаимного влияния крыла и фюзеляжа (интерференции) является менее выгодным. К тому же нижнее расположение крыла дает плохой обзор вниз из окон пассажирских кабин.

Самолеты со средним расположением крыла в современной авиации получают все большее распространение, так как у них взаимное влияние крыла и фюзеляжа, определяющее общее сопротивление самолета, наименьшее. Недостатком самолета со средним расположением крыла является необходимость пропускать продольные силовые элементы крыла через фюзеляж, затрудняя размещение в этом месте грузов, оборудования и пассажиров.

Самолеты с высокорасположенным крылом отличаются следующими преимуществами: высокое размещение двигателей от поверхности ВПП, что уменьшает возможность засорения двигателей твердыми частицами, находящимися на поверхности аэродрома; простота загрузки и разгрузки самолета; хороший обзор вниз из окон пассажирских кабин. Для летающих лодок высокое расположение крыла наиболее рационально. К недостаткам схемы относятся: трудность уборки шасси в крыло; утяжеление конструкции шасси и фюзеляжа (для обеспечения безопасности при посадке с убранным шасси), сложность обслуживания двигателей, крыла; сложность заправки топливных и масляных баков. Самолеты с высокорасположенным крылом получили широкое распространение в транспортной авиации для перевозки грузов.

По типу фюзеляжа самолеты подразделяются на несколько видов (см. рис. 32). Подавляющее большинство современных самолетов имеет фюзеляжи, которые служат не только для размещения экипажа, пассажиров, оборудования и груза, но и для крепления крыла и оперения. Фюзеляжи, не несущие оперения, называют гондолами. Оперение в этом случае поддерживается двумя балками и самолеты при этом иногда называют двухбалочными. Такая схема удобна для грузовых самолетов, так как в задней части гондолы можно сделать большие люки для погрузки крупногабаритных грузов.

В зависимости от расположения оперения различают (см. рис. 32):

самолеты нормальной схемы, т. е. такие, у которых оперение (горизонтальное — стабилизатор я руль высоты, вертикальное — киль и руль поворота) размещается позади крыла;

Большинство современных самолетов выполняется по первой схеме, которая имеет такие конструктивные разновидности:

разнесенное вертикальное оперение;

Наибольшее распространение в настоящее время получило однокилевое оперение.

Самолеты в зависимости от типа шасси подразделяются на сухопутные, гидросамолеты и амфибии (см. рис. 32). Шасси сухопутных самолетов бывает колесным, лыжным и гусеничным. Последнее встречается очень редко. Иногда в конструкции шасси предусматривается возможность замены колес лыжами. Так как шасси необходимо только при взлете и посадке, то в полете для уменьшения лобового сопротивления желательно убирать его в крыло или фюзеляж.

Гидросамолеты разделяются на две группы: лодочные и поплавковые.

У гидросамолетов лодочной схемы фюзеляж служит для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования, а также для взлета с водной поверхности и посадки на нее. У гидросамолетов поплавковой схемы для взлета и посадки служат специальные поплавки.

Сухопутные самолеты с колесными шасси могут быть выполнены по следующим схемам: с хвостовой опорой и с передней опорой; велосипедного типа.

Самолеты различаются так же по типу, количеству и расположению двигателей. По типу двигателей самолеты можно разделить на поршневые, турбовинтовые и реактивные. По количеству двигателей самолеты разделяются на одно-, двух-, трех-, четырех-, шести- и восьмидвигательные. Тип и количество двигателей определяют их размещение на самолете. Важно так разместить двигатели, чтобы не нарушались нужные аэродинамические формы крыла и фюзеляжа, а изменение тяги не оказывало бы существенного влияния на балансировку самолета и его устойчивость.

Размещение двигателя должно обеспечивать хороший подход к его агрегатам при обслуживании, а также простоту замены.

Поршневые и турбовинтовые двигатели чаще всего располагаются на крыле (у многомоторных самолетов), в носовой части фюзеляжа и над фюзеляжем (на гидросамолетах, где требуется удалить двигатель и винт от поверхности воды).

Реактивные двигатели могут располагаться внутри фюзеляжа, внутри крыла либо под крылом, в хорошо обтекаемых гондолах и на фюзеляже. Размещение двигателя полностью внутри крыла возможно только на самолетах больших размеров и с не очень тонким крылом. При размещении двигателей внутри крыла у самолета могут быть сохранены достаточно хорошие аэродинамические формы.

Большое количество проектируемых самолетов имеет двигатели, расположенные с боков фюзеляжа в хвостовой его части. Такое расположение двигателей имеет ряд преимуществ по сравнению с расположением двигателей в крыле, а именно: уменьшается величина разворачивающего момента при отказе части двигателей; крыло, лишенное надстроек, имеет высокое аэродинамическое качество; значительно снижается шум в пассажирской кабине, так как основной источник шумов — двигатели удалены назад по полету.

Недостатками такого расположения двигателей являются: более усиленная, а значит, и более тяжелая хвостовая часть фюзеляжа; удлиняются коммуникации управления двигателем.

Используемая литература: "Основы авиации" Авторы - Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Курсовая работа. Пояснительная записка с., рис., табл., графическая часть л., ф А1, приложение с.

САМОЛЕТ, ФЮЗЕЛЯЖ, ХОРДА, НАГРУЗКА, УСИЛИЕ, ЭПЮРЫ, РУЛЬ ВЫСОТЫ, КРОНШТЕЙН.

Выбран прототип самолета. Выбрана аэродинамическая схема самолета. Рассчитаны основные параметры самолета. Произведён расчет фюзеляжа. Сделан расчет кронштейна.

1. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

1.1. Прототип самолёта

1.2. Выбор основных параметров самолета

1.3. Проектирование крыла

1.4. Проектирование горизонтально оперения

1.5. Площадь рулей высоты

1.6. Проектирование вертикального оперения

1.7. Площадь рулей направления

1.8. Проектирование фюзеляжа

2. РАСЧЁТ ФЮЗЕЛЯЖА

3. РАСЧЕТ КРОНШТЕЙНА

4.1. Расчет проушины

4.2. Расчет заклёпочного шва

4.3. Расчет крепления кронштейна

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Авиационный транспорт – один из важнейших видов транспорта, осуществляющий перевозки пассажиров, грузов, почты, - важное звено экономической и социальной инфраструктуры страны.

Современные самолеты и вертолеты проектируется, и производятся с учетом особых требований к безопасности полетов и чрезвычайно жестких условий эксплуатации: многократного превышения скорости звука, многократно повторяемых пиковых нагрузок, форсированных режимов полетов во всепогодных и все климатических условиях. Для современных самолетов чрезвычайно важное значение имеют увеличение их ресурса, снижение воздействия авиации на окружающую среду, комфортность, а также минимизация размеров агрегатов.

Дальнейшее развитие в ближайшие годы должна получить так называемая деловая авиация, предназначенная для перевозки небольших групп пассажиров (5…15 чел.) спецрейсами. Спецрейсы могут обеспечить однодневные деловые поездки между различными регионами мира. Такие поездки не нарушают обычного ритма жизни и, следовательно, не требуют адаптации к местному времени в пунктах развития и возращения.

Основной целью курсового проекта является получение практических навыков самостоятельного решения частных конструкторских задач в области проектирования самолета.

удлинение хвостовой части.

1. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1.1. ПРОТОТИП САМОЛЁТА

Тип двигателя: 10-360 ES

Количество двигателей:1

Мощность двигателя: 210 л.с.

Взлётная масса: 965 кг

Максимальная ПН: 180 кг

Экипаж, чел: 1/3

Максимальная скорость полета: 340 км/ч

Дальность с запасом топлива:800 км

Полётное время: 2 ч

Крейсерская скорость: 235 км/ч

Длина разбега: 160 м

Длина пробега: 165 м

Взлётная дистанция: 465 м

Посадочная дистанция: 500 м

Тип двигателя: 10-360 ES

Количество двигателей: 1

Мощность двигателя: 210 л.с.

Взлётная масса: 1310 кг

Максимальная ПН: 440 кг

Экипаж, чел: 1/3

Максимальная скорость полета: 340 км/ч

Дальность с запасом топлива: 1240 км

Полётное время: 2 ч

Крейсерская скорость: 2 2 5 км/ч

Длина разбега: 160 м

Длина пробега: 165 м

Взлётная дистанция: 465 м

Посадочная дистанция: 500 м

Самолёт имеет цельнометаллическую конструкцию, оснащён двигателями 10-360ESфирмы “Теледайн Континентал Моторс”, западным БРЭО, обладает эффективной конструкцией крыла и способностью легко выполнять фигуры высшего пилотажа.

· высокий уровень безопасности

· высокая надёжность и простота механических систем

· эксплуатация с бетонированных аэродромов без покрытия

· простота и доступность обучения для обслуживающего персонала

· прекрасная видимость из кабины экипажа

· простота техобслуживания и лёгкий доступ для ремонта

· большой срок службы

1.2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ САМОЛЁТА.

Исходные данные для проектирования:

1. Определяем удельную массу топлива из формулы:

где - расчётная дальность полёта,

М_крейс – крейсерское число Маха,

где – скорость звука на высоте 4500м ,

– крейсерское аэродинамическое качество самолёта,

– средняя за полёт величина удельного расхода топлива двигателями,

2. Определяем удельную нагрузку на крыло из условий посадки самолета:

где - берётся по статистики для эффективной механизации крыла при ,

3. Определяем удельную нагрузку на крыло из условия обеспечения заданной крейсерской скорости полёта:

где - коэффициент подъёмной силы при крейсерской скорости полёта,

- скоростной напор, соответствующий величине а.

4. Производим выбор величины удельной нагрузки на крыло:

5. Определяем тяговооруженность самолета из условия набора высоты при одном отказавшем двигателе:

Определяем тяговооруженность самолета из условия обеспечения горизонтального полета:

где – коэффициент, учитывающий степень дросселирования двигателя,

– коэффициент, учитывающий разность плотности воздуха на земле и на высоте 4500 м,

– коэффициент, учитывающий влияния тяги двигателей от скорости полета,

7. Определяем тяговооруженность самолета из условия обеспечения заданной длины разбега при взлёте:

8. Выбор тяговооруженности самолета:

9. Определяем взлетную массу самолета в первом приближении:

где - относительная масса конструкции,

- относительная масса силовой установки,

- относительная масса оборудования,

- относительная масса топлива,

Зная выбранные величины удельной нагрузки на крыло и тяговооруженности, получим основные параметры самолета: площадь крыла, взлетную тягу двигателей. После этого выбираем удлинение, стреловидность, сужения, длину горизонтального и вертикального оперения, площади горизонтального и вертикального оперения, длину фюзеляжа.

10. Уточнение относительной массы топлива и двигательной установки:

2 +0,028*-0,028=0; =0,15

11. Определяем площадь крыла:

12. Определяем взлетную тягу двигателей:

1.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРЫЛА

Определяем концевую хорду крыла:

Выбираем сужение крыла:

Определяем корневую хорду крыла:

Определяем среднюю аэродинамическую хорду крыла:

1.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОПЕРЕНИЯ

Определяем площадь горизонтального оперения:

величина сред. а/д хорды крыла

коэффициент статического момента

Определяем размах оперения:

Определяем среднегеометрическую хорду оперения:

Выбираем сужение горизонтального оперения:

где - сужение горизонтального оперения.

Определяем корневую хорду оперения:

Определяем концевую хорду оперения:

1.5. ПЛОЩАДЬ РУЛЕЙ ВЫСОТЫ

Определяем площадь рулей высоты:

= 0,2…0,4 – относительная площадь руля высоты

1.6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОПЕРЕНИЯ

Определяем площадь вертикального оперения:

- коэффициент статического момента

Определяем размах оперения:

Определяем среднегеометрическую хорду оперения:

Выбираем сужение вертикального оперения:

где - сужение вертикального оперения.

Определяем корневую хорду оперения:

Определяем концевую хорду оперения:

1.7. ПЛОЩАДЬ РУЛЕЙ НАПРАВЛЕНИЯ

– относительная площадь руля высоты

Определяем корневую и концевую хорды:

1.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФЮЗЕЛЯЖА

l_н.ч – удлинение носовой части фюзеляжа

l_хв.ч – удлинение хвостовой части фюзеляжа

площадь наибольшего сечения

по статистике = 10

2. Определяем длину фюзеляжа:

3. Определим диаметр фюзеляжа

4. Определим длину носовой части фюзеляжа

5. Определим длину хвостовой части фюзеляжа

5. Определим длину средней части фюзеляжа

6. Определяем площадь миделевого сечения фюзеляжа:

2. РАСЧЁТ ФЮЗЕЛЯЖА

Фюзеляж является силовой базой – опорой для основных частей самолета, т.к. к нему крепятся и в силовом отношении на нем замыкается крыло, оперение, шасси силовые установки расположенные в фюзеляже. Кроме того в нем размещается экипаж, топливо, пассажиры, вооружение, двигатели, оборудование и грузы.

Так как фюзеляж является строительной базой самолета то главными внешними нагрузками будут силы передающиеся на него от прикрепленных частей самолета (крылья, шасси, оперение, силовые установки). Эти силы определяются из расчета данного агрегата при соответствующих отношениях эксплуатационной перегрузки и коэффициента безопасности. Кроме того на фюзеляже действуют сосредоточенные массовые силы от масс грузов и агрегатов, расположенных внутри фюзеляжа, а так же распределенные массовые силы от массы собственной конструкции фюзеляжа. Для определения таких нагрузок необходимо знать ускорения либо перегрузки любой точки фюзеляжа. С этой целью производится динамическое уравновешивание всего самолета в целом.

На поверхности фюзеляжа возникают местные аэродинамические силы разряжения и давления. Аэродинамические нагрузки фюзеляжа при симметричном обтекании в основном являются самоуравновешенными в поперечном сечении и поэтому влияют только на местную прочность. Величины этих нагрузок определяется путем продувок или по рекомендации норм прочности. В отдельных местах воздушные нагрузки с учетом внутреннего давления могут достигнуть величины 10 5 Па.

Фюзеляж должен обеспечивать восприятие всех нагрузок передающихся на него от других частей самолета, во всех расчетных случаях, задаваемых нормами прочности.

Для расчета фюзеляжа на прочность необходимо знать распределение перерезывающих сил Q p _y , Q p _z , изгибающих моментов М p _z , М p _y и крутящего момента по его длине.

Имея значение этих силовых факторов можно провести подбор толщины обшивки и размеры поперечного сечения продольных элементов.

2.1.Определение внешних нагрузок фюзеляжа от оперения

Рассмотрим нагрузки, передающиеся на фюзеляж со стороны горизонтального и вертикального оперения.

На горизонтальное оперение могут действовать следующие нагрузки: а) уравновешивающая нагрузка, б) маневренная нагрузка, в) нагрузка от полёта в неспокойном воздухе, но для расчета фюзеляжа нам нужно знать только уравновешивающую и маневренную нагрузку для случая А’.

Для вертикального оперения принимаются следующие случаи нагружений: а) маневренная нагрузка, б) нагрузка от полёта в неспокойном воздухе, в) демпфирующая нагрузка, г) случай остановки двигателя по одной стороне.

Определение уравновешивающей нагрузки.

Уравновешивающая нагрузка определяется для расчетного случая A’ по формуле

где =-0,15 –коэффициент аэродинамического момента самолета без ГО

b_a =1,24 м – среднеаэродинамическая хорда крыла

L_го =3 м – расстояние от центра масс до центра давления аэродинамических сил ГО

Определение маневренной нагрузки. Маневренная нагрузка ГО по нормам прочности рассматривается в двух случаях и может быть выражен через условную удельную нагрузку на крыло.

В первом из них для случаев A’, В и С маневренная нагрузка суммируется с уравновешивающей нагрузкой:

где k₁ = 0,265 – коэффициент заданный Нормами прочности,

S– площадь крыла,

S_го – площадь горизонтального оперения.

2.2. Распределение массовых сил вдоль фюзеляжа

Относительную массу конструкции самолета =0,32. Она также может быть представлена в виде:

– относительная масса крыла,

– относительная масса фюзеляжа,

– относительная масса оперения,

– относительная масса шасси.

Относительную массу крыла принимаем по статистике для легких пассажирских самолетов [1, с.131]: =0,11.

Относительную массу фюзеляжа определяем по формуле Шейнина для дозвуковых магистральных самолетов [1, с.136]:

Коэффициент положения двигателей k₁ принимаем по формуле:

k₁ =3,63-0,333 . d_ф =3,63-0,333 . 0,96=3,31

Показатель степени i, учитывающий размеры фюзеляжа, принимаем равным 0,743 (когда d_ф ≤4м).

Коэффициент положения стойки главного шасси k₂ =0,01, коэффициент места уборки колес главного шасси k₃ =0,004, коэффициент транспортировки багажа k₄ =0. Тогда относительная масса фюзеляжа:

=2,95 . 6,7 . 0,96 2 . 2857 -0,743 +0,01+0,004+0=0,06

Относительную массу оперения рассчитываем по формуле [1, с.141]:

Коэффициент скорости полета k_v определяем:

k_v =0,643+1,02 . 10 -3. V_крейс =0,643+1,02 . 10 -3 . 280=0,93

Коэффициент маневренности k_м =1. Тогда относительная масса оперения:

Определяем абсолютные значения масс элементов конструкции самолета:

=0,11 . 2857=314 кг; G_кр =3140 Н,

=0,06 . 2857=171 кг; G_ф =1710 Н,

=0,012 . 2857=34 кг; G_оп =340 Н,

=0,01 . 2857=29 кг; G_ш =290 Н.

Для построения эпюры массовых сил фюзеляжа рассматриваем фюзеляж как балку, опирающуюся на лонжероны крыла и нагруженную массовыми распределенными силами от конструкции фюзеляжа (q_ф ) и распределенными массовыми силами от грузов, экипажа, пассажиров, расположенных в фюзеляже (q_гр ). Тогда суммарная распределенная нагрузка, действующая на фюзеляж, запишется в виде:

Площадь боковой проекции фюзеляжа и груза, а также высоты фюзеляжа H_i определяем, разбив фюзеляж на отдельные части.

Табл. 3.1.1. Построение эпюр массовых сил

Определяем площадь боковой проекции, занимаемой оборудованием кабины экипажа:

Определяем площадь боковой проекции, занимаемой туалетом:

Определяем площадь боковой проекции, занимаемой салоном самолета:

Определяем площадь боковой проекции, занимаемой багажом:

Определяем вес оборудования и управления:

Определяем вес багажа из условия m’_баг = 20 кг/чел:

Определяем вес оборудования и управления в кабине экипажа:

Определяем вес оборудования туалета:

Определяем вес салона:

Тогда распределенные массовые силы по отсекам фюзеляжа:

Сечения 0 – 3л

Сечения 3п – 5л

Сечения 5п – 8л

Сечения 8п – 9л

Сечения 9л – 11

Распределение массовых сил вдоль фюзеляжа

Для построения эпюр перерезывающих сил необходимо определить положения центров масс самолета по оси Х [1, с.204]:

Для этого принимаем:

центр масс оборудования и управления кабины экипажа:

Масса кабины экипажа с учетом экипажа (2 человека):

m_каб.эк. = m_об.эк + 2*100 = 128 + 200 = 328 кг.

Масса салона самолета с учетом интерьера, сидений, пассажиров:

m_сал = m_сиден. + m_ком. = 180 + 1200 = 1380 кг.

Массы передней и задних опор шасси принимаем:

Тогда положение центра масс самолета определяется по формуле:

Определяем центровку самолета по формуле [1, с.204]:

Определяем – среднюю аэродинамическую хорду крыла:

Определяем координату по оси ОХ:

Тогда центровка самолета:

Для построения перерезывающих сил необходимо знать точки приложения сил У_кр и У_ГО . В расчете принимаем, что У_кр и У_ГО приложены на расстоянии 0,25*.

Определяем координату приложения У_ГО по оси ОХ:

Определяем нагрузки от шасси:

При построении эпюры перерезывающих сил рассматриваем фюзеляж как балку, опирающуюся на лонжероны крыла и нагруженную сосредоточенными и массовыми силами, нагрузками со стороны ГО и реакциями крыла.

= 10968 Н/м
Рис.3.2.1. Нагружение фюзеляжа

Разбиваем фюзеляж на участки, по границам которых действуют сосредоточенные силы Р_пш , Р_зш , R₁ , R₂ , У_го .

Составляем уравнение перерезывающих сил для фюзеляжа как для балки:

Табл.3.2.2. Построение эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментов

Составляем уравнение изгибающих моментов для фюзеляжа как для балки:

Подбор сечений элементов силовой схемы фюзеляжа

Для определения потребной толщины обшивки фюзеляжа определяем потоки касательных усилий в сводах фюзеляжа [6, с.39]:

Общая характеристика

В классическом варианте самолет представляет собой планер (фюзеляж, крылья, хвостовое оперение, мотогондолы), оснащенный силовой установкой, шасси и системами управления. Кроме того, неотъемлемой частью современных самолетов является авионика (авиационная электроника), призванная контролировать все органы и системы воздушного судна и в значительной степени упрощать участь пилотов.

Типы самолетов

В зависимости от назначения, самолеты делятся на две крупные группы: гражданские и военные. Гражданские модели подразделяются на пассажирские, грузовые, учебные и машины специального использования.

Пассажирские версии отличаются тем, что большую часть их фюзеляжа занимает специально оборудованный салон. Внешне их можно узнать по большому количеству иллюминаторов. Пассажирские воздушные суда подразделяются на: местные (летают на дистанции менее 2 тыс. км); средние (2-4 тыс. км); (дальние 4-9 тыс. км); и межконтинентальные (более 11 тыс. км).

Грузовые воздушные суда бывают: легкими (до 10 т груза), средними (10-40 т груза) и тяжелыми (более 40 т груза).

Самолеты специального назначения могут быть: санитарными, сельскохозяйственными, разведывательными, противопожарными и предназначенными для аэрофотосъемки.

Учебные модели, соответственно, необходимы для обучения начинающих пилотов. В их конструкции могут отсутствовать вспомогательные элементы, такие как кресла пассажирского салона и прочее. То же самое касается и опытных версий, которые используются при испытаниях самолетов новой модели.

Военные самолеты, в отличие от гражданских, не имеют комфортного салона и иллюминаторов. Все пространство фюзеляжа в них занято системами вооружения, оборудованием для разведки, системами связи и прочими агрегатами. Боевые самолеты подразделяются на: истребители, бомбардировщики, штурмовики, разведчики, транспортные, а также всяческие машин специального назначения.

Фюзеляж

Фюзеляж воздушного судна является основной частью, выполняющей несущую функцию. Именно на него крепятся все элементы конструкции самолета. Снаружи это: крылья с мотогондолами, оперение и шасси, а изнутри – кабина управления, технические помещения и коммуникации, а также грузовой или пассажирский отсек, в зависимости от принадлежности судна. Каркас фюзеляжа собирается из продольных (лонжероны и стрингеры) и поперечных (шпангоуты) элементов, которые впоследствии обшиваются металлическими листами. В легких самолетах вместо металла используется фанера или пластик.

Пассажирские машины могут быть узко- и широкофюзеляжными. В первом случае диаметр поперечного сечения корпуса составляет в среднем 2-3 метра, а во втором – от шести метров. Широкофюзеляжные самолеты имеют, как правило, две палубы: верхнюю - для пассажиров, и нижнюю - для багажа.

При проектировании фюзеляжа особое внимание уделяют прочностным характеристикам и весу конструкции. В этой связи имеют место такие меры:

Форма самолета проектируется таким образом, чтобы подъемная сила была максимальной, а лобовое сопротивление воздушным массам – минимальным. Объем и габариты машины должны идеально соотноситься друг с другом.
Для увеличения полезного объема корпуса, при проектировании предусматривается максимально плотная компоновка обшивки и несущих элементов фюзеляжа самолета.
Крепления силовой установки, взлетно-посадочных элементов и крыловых сегментов стараются сделать максимально простыми и надежными.
Места размещения пассажиров и крепления грузов или расходных материалов проектируются таким образом, чтобы в разных условиях эксплуатации самолета его баланс оставался в пределах допустимого отклонения.
Места для размещения экипажа должны обеспечивать комфортное управление воздушным судном, доступ к главным приборам навигации и максимально эффективное управление в случае непредвиденных ситуаций.
Компоновка самолета выполняется таким образом, чтобы при его обслуживании мастера имели возможность беспрепятственно продиагностировать необходимые узлы и агрегаты самолета и при необходимост, провести их ремонт.

Фюзеляж самолета должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять нагрузкам, возникающим в разных полетных условиях, а именно:

Нагрузкам, возникающим в точках крепления основных элементов корпуса (крылья, оперение, шасси) во время взлета и приземления.
Аэродинамическим нагрузкам, возникающим во время полета, с учетом работы агрегатов, инерционных сил и функционирования вспомогательного оборудования.
Нагрузкам, связанным с перепадами давления, которые возникают при летных перегрузках в герметически ограниченных отсеках самолета.

Крыло

Важным конструктивным элементом любого самолета являются крылья. Они создают подъемную силу, необходимую для полета, и позволяют осуществлять маневрирование. Кроме того, крыло самолета используют для размещения силового агрегата, топливных баков, навесного оборудования и взлетно-посадочных устройств. Правильное соотношение веса, жесткости, прочности, аэродинамики и качества изготовления этого конструктивного элемента обуславливает надлежащие летные и эксплуатационные характеристики самолета.

Крыло самолета состоит из таких частей:

Корпус, который состоит из каркаса (лонжероны, стрингеры и нервюры) и обшивки.
Предкрылки и закрылки, которые обеспечивают взлет и посадку самолета.
Интерцепторы и элероны, с помощью которых пилот может менять направление полета самолета. служащие для более быстрой остановки самолета в момент посадки.
Пилоны, на которые крепятся силовые установки.

К фюзеляжу крыло крепится через центроплан – элемент, соединяющий правое и левое крыло и частично проходящий через фюзеляж. У низкопланов центроплан располагается в нижней части фюзеляжа, а у высокопланов – в верхней. У боевых машин он может и вовсе отсутствовать.

Во внутренних полостях крыла (у больших судов) обычно устанавливаются баки для топлива. У легких самолетов-истребителей дополнительные топливные баки могут подвешиваться на специальных консольных креплениях.

Конструктивно-силовая схема крыла

Конструктивно-силовая схема крыла должна обеспечивать противодействие силам сдвига, кручения и изгиба, возникающим во время полета. Ее надежность обуславливается использованием прочного каркаса из продольных и поперечных элементов, а также прочной обшивки.

Продольные элементы каркаса крыла представлены лонжеронами и стрингерами. Лонжероны выполняются в виде фермы или монолитной балки. Они размещаются по всему внутреннему объему крыла с определенным интервалом. Лонжероны придают конструкции жесткость и нивелируют воздействие поперечных и сгибающих сил, возникающих на той или иной стадии полета. Стрингеры играют роль компенсатора осевого усилия сжатия и растяжения. Они также нивелируют местные аэродинамические нагрузки и повышают жесткость обшивки.

Поперечные элементы каркаса крыла представлены нервюрами. В данной конструкции они могут выполняться в виде ферм или тонких балок. Нервюры обуславливают профиль крыла и придают его поверхности жесткость, необходимую при распределении нагрузки в момент формирования полетной воздушной подушки. Также они служат для более надежного крепления силовых агрегатов.

Обшивка не только придает крылу необходимую форму, но и обеспечивает максимальную подъемную силу. Наравне с другими элементами каркаса, она увеличивает жесткость конструкции и нивелирует воздействие внешних нагрузок.

Крылья самолетов могут отличаться по конструктивным особенностям и функциональности обшивки. Выделяют два главных типа:

Лонжеронные. Отличаются небольшой толщиной обшивки, которая образует замкнутый контур с ребрами лонжеронов.
Моноблочные. Основное количество внешней нагрузки распределяется по поверхности толстого слоя обшивки, закрепленного набором стрингеров. В таком случае обшивка может быть как монолитной, так и состоять из нескольких слоев.

Говоря о конструкции крыла, стоит отметить, что его стыковка и последующее крепление должны выполняться таким образом, чтобы в конечном итоге обеспечивалась передача и распределение крутящего и изгибающего моментов, которые могут возникнуть в разных режимах эксплуатации самолетов.

Оперение

Оперение самолета позволяет менять траекторию его движения. Оно может быть хвостовым и носовым (используется реже). В большинстве случаев хвостовое оперение представлено вертикальным килем (или же несколькими килями, обычно их два) и горизонтальным стабилизатором, по конструкции напоминающим крыло уменьшенного размера. Благодаря килю регулируется путевая устойчивость самолета, то есть устойчивость по оси движения, а благодаря стабилизатору – продольная (по тангажу). Горизонтальное оперение может устанавливаться на фюзеляж или поверх килей. Киль, в свою очередь, ставится на фюзеляж. Существуют разные вариации компоновки хвостового оперения, но в большинстве случаев она выглядит именно так.

Некоторые военные самолеты дополнительно оснащаются носовым оперением. Это необходимо для обеспечения должной путевой устойчивости на сверхзвуковых скоростях.

Силовые установки

Двигатель является важнейшим элементом в конструкции самолета, ведь без него воздушное судно не сможет даже взлететь. Первые самолеты летали совсем недолго и могли вмещать всего лишь одного пилота. Причина тому проста – маломощные моторы, не позволяющие развить достаточную тяговую силу. Чтобы самолеты научились перевозить сотни пассажиров и неподъемные грузы, конструкторам всего мира пришлось немало потрудиться.

Паровые. Принцип работы таких двигателей основан на превращении энергии пара в движение, которое передается на винт самолета. Так как паровые моторы имели низкий коэффициент полезного действия, они использовались авиационной промышленностью совсем недолго.
Поршневые. Это стандартные моторы внутреннего сгорания, по конструкции напоминающие двигатели автомобилей. Принцип их работы заключается в передаче тепловой энергии в механическую. Простота в изготовлении и доступность материалов обуславливают использование таких силовых установок на некоторых моделях самолетов до настоящего времени. Несмотря на небольшой КПД (около 55%), эти моторы пользуются определенной популярностью благодаря своей неприхотливости и надежности.
Реактивные. Такие моторы преобразуют энергию интенсивного сгорания топлива в тягу, необходимую для полета. На сегодняшний день реактивные двигатели используются в строительстве самолетов наиболее широко.
Газотурбинные. Принцип работы этих двигателей основан на пограничном нагреве и сжатии газа сгорания топлива, направленного на вращение турбины. Они используются преимущественно в военных типах самолетов.
Турбовинтовые. Это один из подвидов газотурбинных моторов. Отличие состоит в том, что энергия, полученная при работе, преобразуется в приводную и вращает винт самолета. Незначительная часть энергии идет на формирование толкающей реактивной струи. Такие моторы применяют главным образом в гражданской авиации.
Турбовентиляторные. В этих двигателях реализовано нагнетание дополнительного воздуха, необходимого для полного сгорания горючего, благодаря чему удается достичь максимальной эффективности и экологической благоприятности силовой установки. Моторы такого типа широко применяются в строительстве крупных авиалайнеров.

Мы с вами познакомились с основными типами авиационных двигателей. Список моторов, которые авиаконструкторы когда-либо пытались установить на воздушные суда, рассмотренным перечнем не ограничивается. В разные времена предпринималась масса попыток по созданию всяческих инновационных силовых агрегатов. К примеру, в прошлом веке велись серьезные работы по созданию атомных авиационных моторов, которые не прижились из-за высокой экологической опасности, в случае крушения самолета.

Обычно двигатель устанавливается на крыло или фюзеляж самолета посредством пилона, через который к нему подводятся приводы, топливные трубки и прочее. В таком случае мотор облачают в защитную мотогондолу. Существуют также самолеты, в которых силовая установка находится непосредственно внутри фюзеляжа. На воздушных судах может быть от одного (Ан-2) до восьми (В-52) двигателей.

Управление

Органами управления самолета называют комплекс бортового оборудования, а также командные и исполнительные приборы. Подача команд происходит из кабины пилота, а выполняется элементами крыла и оперения. В разных самолетах могут использовать различные виды систем управления: ручная, автоматизированная и полуавтоматическая.

Независимо от вида системы, рабочие органы подразделяют на основные и дополнительные.

Основное управление. Включает в себя действия, которые отвечают за регулировку режимов полета и восстановление баланса судна в заранее установленных параметрах. К органам основного управления относятся:

Рычаги, которые непосредственно управляются пилотом (рули высоты, рули горизонта, штурвал, командные панели).
Коммуникации, служащие для соединения управляющих рычагов с исполнительными механизмами.
Исполнительные устройства (стабилизаторы, элероны, спойлерные системы, подкрылки и закрылки).

Дополнительное управление. Используется только при взлетном и посадочном режиме.

Независимо от того, ручное или автоматическое управление реализовано в конструкции самолета, только пилот может собирать и анализировать информацию о состоянии систем самолета, показателях нагрузки и соответствии траектории с планом. И что самое главное, только он способен принять решение, максимально эффективное в сложившейся обстановке.

Контроль

Для считывания объективной информации о состоянии воздушного судна и летной обстановки пилот пользуется приборами, разделенными на несколько основных групп:

Пилотажные и навигационные. Служат для определения координат, вертикального и горизонтального положения, скорости и линейных отклонений самолета. Кроме того, эти приборы контролируют угол атаки воздушного судна, работу гироскопических систем и другие важные параметры полета. На современных самолетах эти приборы представлены в виде единого пилотажно-навигационного комплекса.
Контролирующие работу силовой установки. Данная группа приборов обеспечивает пилота данными о температуре и давлении масла, расходе топливной смеси, частоте вращения коленчатых валов, а также вибрационных показателях.
Приборы для наблюдения за работой дополнительного оборудования и систем. Данный комплекс состоит и приборов, датчики которых можно встретить во всех элементах конструкции самолета. К ним относятся: манометры, указатели перепада давления в герметичных кабинах, указатели положения закрылков и прочее.
Приборы для оценки состояния окружающей среды. Служат для измерения температуры наружного воздуха, влажности, атмосферного давления, скорости ветра и прочего.

Все приборы, которые служат для контроля состояния самолета и внешней среды? адаптируются к работе в любых погодных условиях.

Взлетно-посадочные системы

Взлет и посадка являются довольно сложными и ответственными этапами полета. Они неизбежно сопряжены с сильными нагрузками, приходящимися на все элементы конструкции. Приемлемый разгон для поднятия многотонного судна в небо и мягкое касание посадочной полосы при его посадке обеспечивает надежно сконструированная взлетно-посадочная система (шасси). Данная система также необходима для стоянки машины и ее руления при езде по аэропорту.

Шасси самолета состоит из демпферной стойки, на которой закреплена колесная тележка (у гидропланов вместо нее используется поплавок). Конфигурация шасси зависит от массы самолета. Чаще всего встречаются такие варианты взлетно-посадочной системы:

Две основных стойки и одна передняя (А-320, Ту-154).
Три основных стойки и одна передняя (Ил-96).
Четыре основных стойки и одна передняя ("Боинг-747").
Две основных стойки и две передних (В-52).

На ранних самолетах устанавливали пару основных стоек и заднее вращающееся колесо без стойки (Ли-2). Необычную схему шасси также имела модель Ил-62, которая оснащалась одной передней стойкой, парой основных стоек и выдвигающейся штангой с парой колес в самом хвосте. На первых самолетах стойки не использовали вовсе, а колеса крепились на простые оси. Колесная тележка может иметь от одной (А-320) до семи (Ан-225) колесных пар.

Когда самолет находится на земле, его управление осуществляется посредством привода, которым оснащена передняя стойка шасси. У судов с несколькими двигателями для этих целей может использоваться дифференциация режима работы силовой установки. Во время полета шасси самолета убирается в специально оборудованные отсеки. Это необходимо для уменьшения аэродинамического сопротивления.

Тело самолета, то есть все, что переносится его двигателем, за исключением самого двигателя, в авиации называется планером .

Планер состоит из крыла, фюзеляжа, оперения (стабилизатор и киль) и шасси. Сюда же относят и особый отсек, который часто выходит за пределы крыла или фюзеляжа и предназначается для установки двигателя. Этот отсек называется мотогондолой.

Крыло

Схема распределения воздушных потоков по профилю крыла: 1 — угол атаки; 2 — направление воздушного потока; 3 — хорда крыла; 4 — профиль крыла

Величина этой силы зависит от очень многих факторов, начиная от площади крыла и заканчивая его профилем. Линия, которая соединяет две точки крыла, находящиеся на наибольшем удалении друг от друга, называется хордой крыла. Хорда крыла образует с потоком воздушных частиц, направленных навстречу крылу, особый угол — угол атаки. Его величина в значительной степени влияет на подъемную силу. Чем она больше, тем выше подъемная сила.

Крыло самолета может быть прямым , стреловидным , треугольным , трапециевидным , эллиптическим , с обратной стреловидностью и т. д. Каждое из них имеет свои достоинства и недостатки. Так, прямое крыло характеризуется высоким коэффициентом подъемной силы, но оно непригодно для сверхзвуковых скоростей из-за сильного лобового сопротивления потокам воздуха, а треугольное, отличаясь пониженным лобовым сопротивлением, имеет невысокую несущую способность.

Разновидности крыла самолета: а — прямое; б — стреловидное; в — с наплывом; г — сверхкритическое; д — треугольное; е — трапециевидное; ж — эллиптическое; з — с обратной стреловидностью

Фюзеляж

Тело самолета без крыла, оперения, мотогондолы и шасси называется фюзеляжем. Внутри него находятся экипаж самолета, его оборудование, грузовой или пассажирский отсеки — иными словами, все, что должно подниматься и переноситься на крыле.

Бывают, впрочем, и фюзеляжи, размещенные внутри самого крыла. Такая конструкция называется летающим крылом. Чаще всего фюзеляж представляет собой тело вращения, имеющее осесимметричную форму, которая позволяет достичь наименьшего веса и минимального сопротивления воздушному трению. Конструктивно фюзеляж представляет собой скелет из ребер, обтянутых снаружи тонкостенной оболочкой — обшивкой. На языке науки такая форма называется коробчатой балкой, а вся конструкция — балочной.

Оперение

На фюзеляже размещено оперение, то есть все части, которые обеспечивают устойчивость и управляемость машины в небе. Оперение бывает горизонтальным и вертикальным . Первое придает самолету продольную устойчивость относительно невидимой линии, проведенной через крыло самолета. Оно закрепляется обычно в хвостовой части машины — либо на самом фюзеляже, либо наверху киля. Хотя возможно и расположение оперения в передней части самолета. Такая схема называется уткой.

Шасси

Еще один важный элемент конструкции любого самолета — шасси. Оно служит для передвижения аэроплана по земле или воде при рулении, взлете и посадке.

Шасси может быть колесным , лыжным и поплавковым . Существуют три основные схемы расположения шасси: с хвостовым колесом , с передним колесом и велосипедного типа . В первом случае две главные опоры находятся ближе к передней части, а вспомогательная, хвостовая, — сзади. Во втором случае главные опоры расположены ближе к задней части, а в носовой части находится переднее колесо.

Что касается шасси велосипедного типа, то одна главная опора находится в передней части фюзеляжа, вторая — в задней, а две вспомогательные крепятся обычно на крыльях. Схема расположения лыжного шасси идентична, с той лишь разницей, что вместо колес используются лыжи. А вот с поплавковым шасси все немного по-другому.

Существуют следующие типы гидросамолетов: поплавковые, летающие лодки и самолеты-амфибии.

У поплавковых самолетов две основных схемы расположения шасси: первая — два основных поплавка крепятся по бокам фюзеляжа, вторая — основной поплавок крепится к фюзеляжу, а два вспомогательных — к крыльям.

У летающей лодки роль основного поплавка выполняет сам фюзеляж, имеющий форму лодки, а вспомогательные поплавки крепятся к крыльям.

Самолет-амфибия — это та же летающая лодка, но кроме поплавкового шасси у нее есть убирающееся колесное шасси.

Рассмотрим устройство колесного шасси более подробно.

Шасси современного самолета состоит из:

амортизационной стойки, которая обеспечивает плавность хода при взлете и передвижении самолета по аэродрому, а также смягчает удары при посадке;
бескамерных пневматических колес, снабженных тормозами;
тяг, раскосов и шарниров, которые служат для уборки и выпуска шасси и через которые амортизационные стойки крепятся к крылу.

Для достижения хороших летных характеристик у большинства самолетов шасси после взлета убираются в фюзеляж либо крыло. Исключение составляют небольшие и тихоходные машины. Но даже неубирающиеся шасси закрывают обтекателями для снижения аэродинамического сопротивления.

Сердце самолета. Виды авиационных двигателей

Двигатель нужен, чтобы поднять самолет в воздух и удерживать его в небе, создавая подъемную силу. Его с полным правом можно назвать сердцем машины.

Все авиационные двигатели делятся на воздушные и ракетные. Первым для приготовления рабочей смеси необходим атмосферный воздух, то есть действовать они могут только в земных условиях. Все требуемое для работы ракетных двигателей имеет на своем борту сам летательный аппарат. Это значит, что работать они могут и в безвоздушном пространстве.

Воздушные двигатели делятся на винтовые и реактивные. У винтового двигателя рабочим органом, заставляющим машину перемещаться по воздуху, служит винт. У реактивного все необходимое для полета находится в корпусе самого двигателя. К винтовым двигателям относятся поршневой и турбовинтовой . Оба поднимают машину в воздух с помощью винта, но отличаются способом, которым заставляют этот винт вращаться.

Поршневой двигатель

Поршневой двигатель — это первый тип двигателя, который начали применять на воздушных судах, не считая, конечно, малоуспешных попыток взлететь с помощью парового мотора. Топливом для поршневого двигателя служит бензин. Полученная на его бензина рабочая смесь (воздух + бензин) подается в корпус цилиндра, где за счет системы зажигания воспламеняется и приводит в движение поршень.

Поршень через шатун, закрепленный подвижно внутри него, воздействует на вал, имеющий особую форму, составленную из многочисленных колен, и потому называемый коленчатым. Коленвал за счет воздействия поршня начинает вращаться.

Вал приводится во вращение через передаточный механизм. Это вращение передается тому самому винту, который заставляет самолет, разбежавшись, подняться над полем аэродрома. Вращаясь, винт создает тягу. Чем мощнее двигатель, тем больше эта тяга.

Самый простой способ повысить мощность двигателя — увеличить число цилиндров. Поэтому конструкторы все время пытались создать как можно более компактные двигатели с максимальным количеством цилиндров.

Однако мотор с наибольшим числом цилиндров можно получить, если разместить их вокруг коленчатого вала наподобие звезды. Двигатели с таким расположением цилиндров называются звездообразными. Количество цилиндров в них доходит до 24. И хотя такие двигатели получались существенно мощнее V-образных, это частично компенсировалось их огромным лобовым сопротивлением, так как площадь фронтального сечения звездообразного двигателя была гораздо большей по сравнению с V-образными. Поэтому во времена поршневой авиации активно применялись и тот и другой типы двигателей.

Турбовинтовой двигатель

Увеличение числа цилиндров, вращающих коленчатый вал, неизбежно ведет к увеличению массы мотора и, соответственно, ухудшению летных характеристик машины. Конструкторы решили эту задачу, разработав турбовинтовой двигатель, который при одинаковой с поршневым двигателем массе выдает гораздо большую мощность. Однако по сравнению с поршневым мотором он неэкономичен и применяется только там, где нужно поднимать в воздух значительный вес или где требуются более высокие скорости. В турбовинтовых двигателях винт приводится во вращение с помощью особого органа — турбины.

Схема устройства турбовинтового двигателя: 1 — входное устройство; 2 — осевой компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — рабочие лопатки турбины; 5 — сопло

Воздушный поток, набегающий в полете на двигатель, попадает в компрессор, где происходит его сжатие. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания, куда одновременно впрыскивается топливо. Воздух и топливо образуют специальную топливовоздушную смесь, которая, сгорая в камере, выпускает горячие газы, воздействующие на турбину. Она приходит во вращение и через редуктор приводит в движение воздушный винт.

Турбовинтовой двигатель проигрывает поршневому в экономичности, но превосходит его по мощности.

Турбореактивный двигатель

Данный двигатель по своему устройству напоминает турбовинтовой. Однако если у последнего подъемная сила создается за счет вращения воздушного винта, то у турбореактивного двигателя — посредством выходящей из сопла газовой струи.

Схема устройства турбореактивного двигателя: 1 — входное устройство; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — турбина; 5 — выходное сопло

Турбореактивный двигатель состоит из тех же частей, что и турбовинтовой: входного устройства, куда поступает встречный воздух; компрессора, где он сжимается; камеры сгорания, куда впрыскиваются частицы топлива и где образуется воздушная смесь.

Горячие газы приводят во вращение газовую турбину, а затем, вырываясь с огромной скоростью из сопла, создают тяговую силу. Такие двигатели позволяют получать большую мощность и скорость, чем турбовинтовые, но в три-четыре раза проигрывают им в экономичности.

Чтобы повысить экономичность, был изобретен двухконтурный турбореактивный двигатель, который теперь повсеместно применяется в пассажирской и транспортной авиации.

Такие двигатели подразделяются на дозвуковые , сверхзвуковые и гиперзвуковые , служащие для создания скоростей, которые в разы превосходят скорость звука. Эти двигатели широко используются в военной авиации.

Реактивный прямоточный двигатель

В этом двигателе встречный воздух, поступающий во входное устройство, затормаживается специальным рабочим телом, что приводит к созданию в камере сгорания большого давления. Через форсунки туда же впрыскивается и топливо, которое нагревает воздух в камере. Заканчивается камера сгорания расширяющимся соплом, вырываясь из которого, воздух создает тяговую силу.

Схема устройства реактивного двигателя: 1 — встречный поток воздуха; 2 — центральное тело; 3 — входное устройство; 4 — топливная форсунка; 5 — камера сгорания; 6 — сопло; 7 — реактивная струя

Такие двигатели подразделяются на дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые, служащие для создания скоростей, которые в разы превосходят скорость звука. Эти двигатели широко используются в военной авиации.

Системы бортового оборудования

Все, что обеспечивает жизнь машины в воздухе и правильность ее поведения в полете — управляемость, безопасность, надлежащие условия для пассажиров и экипажа, исправное выполнение специальных функций, для которых, собственно, машина и создавалась, — называют системами бортового оборудования.

К авиационному оборудованию относится, прежде всего, электрика, в том числе системы энергоснабжения , светотехническое оборудование , системы управления силовыми установками (двигателями машины), системы кондиционирования , автоматические противопожарные средства , противообледенительные системы .

Система энергоснабжения обеспечивает электроэнергией все системы и аппараты машины, питаемые от электричества. В нее входят в первую очередь авиационные генераторы, отличающиеся от аналогичных наземных устройств меньшими размерами и весом.

Затем — преобразователи тока, изменяющие его род и характеристики при подаче к электрическим аппаратам. Аварийными источниками питания, которые применяются при выходе из строя основных, служат аккумуляторные батареи.

Наконец, сами электрические провода и коробки для их разветвления, а также разного рода реле, включающие и выключающие в нужный момент то или иное электрическое устройство.

Светотехническое оборудование самолета подразделяется на внешнее и внутреннее. Первое устанавливается на крыле, фюзеляже, хвостовом оперении. Оно служит для предотвращения столкновения с другими машинами, освещения взлетно-посадочной полосы, подсветки опознавательных знаков на борту и прочее. На консолях крыла, носу и хвосте находятся аэронавигационные огни, обозначающие габарит машины в темноте.

Внутреннее освещение применяется в самом самолете — в кабине пилотов, пассажирских отсеках. Оно же используется для подсветки приборных досок.

К приборному оборудованию самолета относятся устройства, осуществляющие измерения условий полета: атмосферное давление за бортом и высоту машины над землей, скорость полета и число Маха (то есть отношение скорости самолета к скорости звука), скорость ветра за бортом, температуру воздуха и прочее. Все приборы, контролирующие эти показатели, называют аэрометрическими.

Фара для освещения взлетной полосы, применявшаяся в советских летательных аппаратах. На снимке — в убранном положении

Отдельная приборная система следит за работой силовых установок: проверяет температуру и давление в рабочих камерах двигателей, предупреждает о сбоях в управляющих системах. Специальные пилотажно-навигационные приборы сверяют движение машины с заданным курсом.

Читайте также: