69208

ЛІТАК ТА ЙОГО СИСТЕМИ

Лекция

Астрономия и авиация

Швидкісна система координатних осей ОXYZ використовується для вивчення аеродинамічних сил та при розв’язанні задач аеродинамічного розрахунку літака рис. Початок швидкісної системи координатних осей розміщено в центрі мас літака. Головною віссю є швидкісна вісь ОХа направлена по вектору швидкості літака.

Украинкский

2014-10-01

1.62 MB

2 чел.

(Л11)    ТЕМА 3. ЛІТАК ТА ЙОГО СИСТЕМИ

3.1. Системи координат. Кутові характеристики, рівновага, стійкість і керованість літака       [1], c. 58-66

Для визначення положення ЛА у просторі використовуються швидкісна, зв’язана та земна системи координатних осей (СКО). Розглянемо їх.

Швидкісна система координатних осей (ОXaYaZa) використовується для вивчення аеродинамічних сил та при розв’язанні задач аеродинамічного розрахунку літака (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Швидкісна СКО.

Початок швидкісної системи координатних осей розміщено в центрі мас літака. Головною віссю є швидкісна вісь ОХа, направлена по вектору швидкості літака. Вісь піднімальної сили OYa направлена вгору перпендикулярно швидкісній осі та лежить у площі симетрії літака. Бічна вісь OZa направлена вправо перпендикулярно осям ОХа та OYa. Координатні площини в швидкісній СКО мають наступні назви:

ОXaYa площина потоку;   ОXaZa площина ковзання;   ОYaZa лобова площина.

Зв’язана СКО (ОXYZ) використовується для розрахунку літака на міцність, а також при вивченні стійкості та керованості літака (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Зв’язана СКО.


Початок зв’язаної СКО береться в центрі мас літака. Вісі координат зв’язані з літаком та разом з ним змінюють своє положення у просторі. Вісі зв’язаної СКО мають наступні напрями: ОХ повздовжня вісь направлена вперед паралельно хордам крила; OYнормальна вісь направлена вгору перпендикулярно вісі ОХ та лежить в площині симетрії літака; OZ поперечна вісь направлена в бік правого крила перпендикулярно площині OYX.

Координатні площини зв’язаної системи координат мають наступні назви:
ОXY – площина симетрії літака; ОXZ – площина крила (головна площина); ОYZ – поперечна площина.

Земна СКО (ОXgYgZg) застосовується при вивченні переміщень літака відносно Землі (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Земна СКО.

Початок земної СКО береться у довільній точці поверхні Землі. Напрямок осей обирається у відповідності з умовами задачі, але так, щоб вони складали праву систему декартових координат.

Положення літака у потоці повітря визначається кутами атаки та ковзання.

Кутом атаки літака α називається кут між повздовжньою віссю літака ОХ та проекцією вектора швидкості повітряного потоку (повітряної швидкості) на площину симетрії літака (Vух) (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Кут атаки.


Кутом ковзання β називається кут між напрямом повітряного потоку, зв’язаного з віссю ОХа (вектором повітряної швидкості), та площиною симетрії літака (рис. 3.5). Кут ковзання показує зв'язок повздовжньої осі ОХ зв'язаної системи координат зі швидкісною віссю ОХа швидкісної системи координат.

Рис. 3.5. Кут ковзання.

Положення літака у просторі (зв’язок між земної ОXgYgZg та зв’язаної ОXYZ системами координатних осей) визначається кутами рискання,  тангажу и  крену.

Кутом рискання ψ називається кут між проекцією траєкторії (віссю OXg у земній системі координат) та проекцією повздовжньої осі літака ОХ на горизонтальну площину (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Кут рискання.

Кутом тангажу υ називається кут між повздовжньою віссю літака ОХ та горизонтальною площиною ОXgZg (рис. 3.7). Кут тангажу може змінюватись від мінус 90 градусів до плюс 90 градусів (90°≤υ +90°).

Рис. 3.7. Кут тангажу.


“JAGUAR”

Кутом крену γ називається кут між нормальною віссю літака OY та вертикальною площиною, що проходить через повздовжню вісь літака OX  (рис. 3.8), тобто кут між віссю OY зв’язаної СКО и віссю ОYg земної СКО.

Рис. 3.8. Кут крену.

Aj – 37


Стан літака у польоті, при якому діючі на нього сили та їх моменти не примушують його обертання та не порушують рівномірного та прямолінійного руху, називається рівновагою. Зазвичай рівновагу розглядають відносно трьох осей системи координат, початок якої знаходиться в центрі мас літака (рис. 3.2 – зв’язана система координатних осей ОXYZ, у якої повздовжня вісь ОХ направлена уздовж фюзеляжу; вертикальна вісь ОY перпендикулярна вісі ОХ і лежить у площині симетрії літака; поперечна вісь ОZ проходить по розмаху правого крила перпендикулярно площині ОXY).

Моменти сил, що прагнуть повернути літак навколо осі ОХ, називають моментами крену або поперечними; навколо осі ОY – моментами рискання або шляховими; навколо осі ОZ – моментами тангажу або кабруючими, якщо вони прагнуть збільшити кут атаки, та пікіруючими, якщо вони зменшують кут атаки.

Рівновага може бути стійкою або нестійкою. Здатність літака самостійно, без втручання пілота, відновлювати стан рівноваги після завершення дії збурюючих зусиль називається стійкістю. Якщо літак не має такої здатності, то він називається нестійким. Літак повинен бути стійким при всіх режимах польоту та, як показує практика, якщо він стійкий у сталому горизонтальному польоті, то зберігає цю здатність і в інших режимах.

Стійкість літака тісно пов’язана з його керованістю. Керованість літака – це його здатність реагувати на дії пілота, який впливає на літак за допомогою органів керування. Висока степінь керованості не є гарним показником, тому що у такому випадку літак буде реагувати на незначне відхилення рулів та керування ним буде особливо ускладнено. Керованість літака не слід плутати з маневреністю. Якщо керованість характеризується обертом літака навколо центра мас, то маневреність оцінюється переміщеннями центра мас у просторі.

Рівновага, стійкість та керованість розглядаються відносно осей зв’язаної СКО:

- повздовжній осі ОХ поперечні рівновага, стійкість і керованість;

- вертикальній осі ОY шляхові рівновага, стійкість і керованість;

- поперечній осі ОZ повздовжні рівновага, стійкість і керованість.


3.2. Основні частини літака та їх призначення    [1], c. 8-10

Основними частинами літака є: планер, що складається з фюзеляжу, крила і оперення; шасі; силова установка; системи літака (управління, паливна, гідравлічна, пневматична, кондиціонування кабін і т.д.) та інше обладнання (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Основні частини літака.

Фюзеляж 1 літака служить для кріплення крила і оперення, а також для розміщення екіпажа, обладнання, палива і різних вантажів.

Крило 2 літака створює піднімальну силу і забезпечує поперечну стійкість літака, під якою розуміють здатність літака відновлювати без втручання пілота випадково порушену поперечну рівновагу. Для забезпечення поперечної керованості літака на кінцевих частинах нерухомого крила 2 встановлюються дві його рухомі частини – елерони 3, які є органом поперечної керованості і призначені для порушення або відновлення поперечної рівноваги літака по волі пілота. Крило може бути використане для розміщення силової установки, паливних баків, шасі, обладнання і т.д.

Оперення літака включає вертикальне і горизонтальне.

Вертикальне оперення складається з нерухомої частини – кіля 7 та рухомої частини керма напрямку 6. Кіль забезпечує шляхову стійкість літака, тобто його здатність самостійно відновлювати випадково порушену шляхову рівновагу. Кермо напрямку – основний орган шляхової керованості та служить для порушення або відновлення шляхової рівноваги літака по волі пілота.

Горизонтальне оперення також складається з нерухомої частини – стабілізатора  9 і рухомої частини – керма висоти 8. Стабілізатор забезпечує повздовжню стійкість літака, тобто його здатність самостійно відновлювати випадково порушену повздовжню рівновагу. Кермо висоти є органом повздовжньої керованості літака і служить для порушення або відновлення повздовжньої рівноваги літака по волі пілота. На деяких літаках кермо висоти відсутнє, а стабілізатор є рухомою частиною горизонтального оперення.

Шасі 4 – це система опор літака, необхідна для забезпечення його стоянки, руху по землі, зльоту і посадки. Для зменшення лобового опору на сучасних швидкісних літаках шасі у польоті прибирається.

Силова установка 5 служить для створення сили тяги, необхідної для переміщення літака як у польоті, так і на землі. В даний час отримали широке застосування три типи силових установок: гвинтомоторні, реактивні і турбогвинтові.

Залежно від виконуваних завдань літакові системи розділяють на основні і допоміжні.

До основних систем прийнято відносити системи управління рульовими поверхнями – кермом висоти, кермом напрямку і елеронами.

До допоміжних систем відносяться системи управління авіадвигунами, елементами механізації крила, тримерами керма висоти або напрямку, шасі, гальмами і т.д.

А зараз детальніше розглянемо основні частини літака. Почнемо з планера літака і його головної складової – фюзеляжу.


Схема рознімань планера літака Ту - 154:

1 - носовий обтічник;   2 - передня і середня частини фюзеляжу;   3 - передкрилки;        4 - носок відокремленої частини крила;   5 - кінцевий обтічник крила;   6 - кесон відокремленої частини крила;   7 - елерон;   8 - інтерцептори;   9 - зовнішній закрилок;           10 - обтічник повітрязабірника середнього двигуна;   11 - гондола зовнішнього двигуна;   12 - кришки люків;   13 - канал повітрязабірника середнього двигуна;   14 - відкидні кришки;   15 – стрічка, що перекриває;   16, 17 - носок кіля;   18 - кінцевий обтічник кіля;   19 - кесон кіля;   20 - носок стабілізатора;   21 - кінцевий обтічник стабілізатора;   22 - кермо висоти;   23 - кесон стабілізатора;   24 - обтічник стабілізатора;          25 - кермо напрямку;   26 - задній стекатель;   27 - стулки нижнього люка відсіку середнього двигуна;   28 - головна нога шасі;   29 - гондола шасі;   30 - стулки гондоли шасі;   31 - щиток підкошування головної ноги шасі;   32 - хвостова частина фюзеляжу;   33 - кришка люка технічного відсіку;   34 - кришка люка заднього багажного приміщення;   35 - внутрішній інтерцептор;   36 - внутрішній закрилок;   37 - внутрішній передкрилок;   38 - носок центроплану;   39 - центроплан крила;   40 - підкесонна секція;  41 - кришка люка переднього багажного приміщення;   42 - стулки ніші передньої ноги шасі;   43 - передня нога шасі.


3.3. Зовнішні форми та геометричні характеристики

фюзеляжу літака    [1], c. 86-88

Фюзеляжем називається корпус літака, до якого кріпляться крила, оперення, шасі, а іноді силова установка. Фюзеляж служить для розміщення екіпажа, пасажирів, різного обладнання і вантажів. Крім того фюзеляж служить базою для збірки літака, оскільки до нього зазвичай приєднуються всі інші частини літака (крило, оперення, шасі, часто силова установка та ін.).

З силової точки зору фюзеляж є базою, на якій замикаються сили, що приходять від крила, оперення, шасі і силових установок.

З аеродинамічної точки зору фюзеляж є частиною літака, яка створює найбільший лобовий опір. У сучасних літаків лобовий опір фюзеляжу складає 2040 % лобового опору літака.

Основною вимогою до фюзеляжу є виконання ним свого функціонально призначення у відповідності з призначенням літака та умовами його використання. Виконання цієї вимоги досягається:

вибором таких зовнішніх форм і значень параметрів фюзеляжу, при яких виходять мінімальне його лобовий опір і найбільші корисні об'єми при габаритах, що визначилися;

використанням несучих фюзеляжів, що створюють значну (до 40 %) піднімальну силу в інтегральних схемах літака. Це дозволяє зменшити площу крила і понизити його масу;

раціональним використанням корисних об'ємів за рахунок підвищення щільності компоновки, а також за рахунок компактнішого розміщення вантажів поблизу центру мас;

узгодженням силової схеми фюзеляжу з силовими схемами приєднаних до нього агрегатів. При цьому необхідно забезпечити надійне кріплення, передачу і урівноваження навантажень від силових елементів крила, оперення, шасі, силової установки на силових елементах фюзеляжу.

Конструкція фюзеляжу повинна забезпечити:

зручність підходів до різних агрегатів, розміщених у фюзеляжі, для їх огляду і ремонту;

зручність входу і виходу екіпажа і пасажирів, викиду десантників і озброєння;

зручність вантаження, швартування і вивантаження призначених для перевезення вантажів;

необхідні життєві умови і певний рівень комфорту пасажирам і екіпажу при польоті на великій висоті, можливість швидкого і безпечного аварійного покидання літака, а екіпажу - хороший огляд.

Форма фюзеляжу залежить від призначення літака, розташування двигунів і повітрязабірників. Найвигідійшею формою фюзеляжу є осесімметрічнє тіло обертання з плавним звуженням в носовій і хвостовій частинах. Така форма при заданих габаритах забезпечує мінімальну площу поверхні, а значить мінімальну масу обшивки і мінімальний опір тертя фюзеляжу. Круглий перетин тіла обертання вигідний по масі і при дії надмірного тиску в гермокабінах. Проте по компонованих і інших міркуваннях від такої ідеальної форми доводиться відступати. Так, ліхтарі кабіни екіпажа, повітрязабірникі і антени радіолокаторів порушують плавність обводів і приводять до збільшення опору і маси фюзеляжу.

Геометричними характеристиками фюзеляжу служать розміри, подовження, форми поперечного перетину і вигляд збоку (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Вигляд збоку та основні форми поперечного перетину фюзеляжів: а) кругла;   б) прямокутна;   в) овальна.

Основними розмірами фюзеляжу є: довжина фюзеляжу  Lф, діаметр  Дф  або висота  Н  і ширина  В  найбільшого поперечного перетину фюзеляжу і площа міделевого (найбільшого) перетину фюзеляжу  Sм.

Подовження фюзеляжу λф – це відношення його довжини  Lф  до діаметру круга  Дф,  рівного за площею його міделевому перетину:

.

Якщо фюзеляж має не круглий перетин, то Дф визначається за формулою:

,

де Sм – площа міделевого (найбільшого) перетину фюзеляжу.

Довжину фюзеляжу можна визначити з виразу для подовження фюзеляжу:

Lф = λф Дф.

На практиці користуються наступними значеннями подовження: для транспортних дозвукових літаків λф = 6 – 11; для близькозвукових – λф = 12 – 15. Наприклад, літак Іл-86 має діаметр Дф = 6,08м, довжину Lф = 59,54м, подовження λф = 9,8, а літак Ан-148 має діаметр Дф = 3,35м, довжину Lф = 26,11м, подовження λф = 7,79.

Ан-148

Поперечний перетин фюзеляжу зазвичай визначається умовами компоновки крила, двигунів, шасі, пасажирських салонів, вантажів та ін. Сучасні літаки мають всілякі форми поперечного перетину фюзеляжу, основними з яких є: круглі  (а),  прямокутні  (б) і овальні  (в) (рис. 3.10). Кожен вид перетину фюзеляжу має свої позитивні сторони і недоліки. Слід підкреслити, що поперечний перетин фюзеляжу по його довжині не постійний і може істотно змінюватися, особливо у швидкісних літаків.


F - 16 (зміна перетину по довжині фюзеляжу)


Круглий (рис. 3.10, а) перетин фюзеляжу простий по своєму контуру, має максимальний об'єм при мінімальній поверхні, мінімальне значення інтерференції при середньому сполученні крила і оперення з фюзеляжем. При круглому перетині досягається велика міцність і жорсткість конструкції при невеликій масі. Тому герметичні фюзеляжі висотних літаків цивільної авіації мають, як правило, круглий перетин. Проте ряд недоліків обмежує можливості його використання. При низькому розташуванні крила створюється велика інтерференція, тому для ослаблення її роблять великі плавні переходи (зализи) від фюзеляжу до крила. Крім того, внутрішні об'єми фюзеляжу круглого перетину не можуть бути раціонально використані для розміщення екіпажа, пасажирів, вантажів і обладнання.

Боїнг 777-300


Прямокутний (рис. 3.10, б) перетин фюзеляжу має великий коефіцієнт лобового опору; він ускладнює отримання достатньої міцності та жорсткості без значного збільшення маси. Такий контур працює на кручення гірше за круглий. Проте у фюзеляжів з прямокутним перетином можна більш раціонально розмістити вантаж. Такі фюзеляжі дають невелику інтерференцію з крилом та легкі у виготовленні.

Hawk 60

В – 52


Овальний (рис. 3.10, в) перетин фюзеляжу поєднує в собі всі переваги круглого та прямокутного перетинів; він застосовується у військовій авіації.

PAGE 15


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9516. История зарубежной литературы XVIII века 572.35 KB
  История зарубежной литературы XVIII века Глава 1 История зарубежной литературы XVIII века Учебник для филологических специальностей вузов Под редакцией Л. В. Сидорченко Учебник рассматривает важнейшие закономерности развития литературы эпохи Просвещ...
9517. Память як багаторівневе, поліструктурне явище 30.5 KB
  Сприймання та память. Псих.час та память. Сприймання в яких людина пізнає оточуючу дійсність зазавичай не зникають безслідно. Вони закріплюються, зберігаються та відтворюються надалі у формі впізнання предметів, що ми бачимо, спогадах. Змістовне спр...
9518. Психологічні теорії пам’яті 25 KB
  Психологічні теорії памяті Психологічні теорії підкреслюють роль обєкта або активність субєкта у формуванні процесів памяті. Асоціативний напрям в основу психічних утворень кладе звязок. Якщо певні психічні утворення ви...
9520. Критерии психики, как особенной формы отображения 24.5 KB
  Критерии психики , как особенной формы отображения Психическое отражение это отражение объективного мира в его связях и отношениях. Психическое отражение не является зеркальным, механически пассивным копированием мира (как зеркало или фотоаппарат), ...
9521. Интеллектуальная форма регуляции деятельности 26 KB
  Интеллектуальная форма регуляции деятельности Предпосылкой и основой развития интеллекта животных является манипулирование, причём прежде всего с биологически нейтральными объектами. В ходе манипулирования происходит наиболее глубокое ...
9522. Сравнительный анализ этологии, зоопсихологии, поведенческой экологии 23 KB
  Сравнительный анализ этологии, зоопсихологии, поведенческой экологии Этология. Проблемы: эволюция поведения и его функционированое значения. Методы: наблюдение. Зоопсихология. Проблемы: развитие и проксимальные механизмы поведения, восприятия. Метод...
9523. Подходы к рассмотрению развития психики в филогенезе 24 KB
  Подходы к рассмотрению развития психики в филогенезе В качестве объективного критерия психики А.Н.Леонтьев предложил рассматривать способность живых организмов реагировать на нейтральные биотические воздействия. Выделение стадий развития психики по ...
9524. Экологическая валидность в зоопсихологических исследованиях 25 KB
  Экологическая валидность в зоопсихологических исследованиях Термин, первоначально введенный Эгоном Брунсвиком для обозначения степени, в которой дистальные и проксимальные стимулы ковариируют. Он полагал, что главной операцией восприятия является на...