Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е.АЛЕКСЕЕВА

Факультет «Морской и авиационной техники»

Кафедра «Кораблестроение и авиационная техника»

СБОРНИК СПРАВОЧНЫХ, МЕТОДИЧЕСКИХ И СТАТИСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПО ВОЕННОМУ И ГРАЖДАНСКОМУ САМОЛЕТОСТРОЕНИЮ

Пособие по курсовому и дипломному проектированию часть 4

Массовые характеристики и центровка самолета.

Н - Новгород 2012

Составитель:

В.Г. Дробышевский

УДК

Сборник справочных, методических и статистических материалов по военному и гражданскому самолетостроению является пособием для подбора необходимого материала при курсовом проектировании по предмету «Проектирование самолетов» и выполнения конструкторского дипломного проекта студентами, обучающихся по специальности «самолето- и вертолетостроение» в НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Состав пособия: Часть 1. Общетехническая информация. Маневренная боевая авиация. Часть 2. Авиационные двигатели. Часть 3. Авиационное вооружение СССР и России, стран мира. Часть 4. Массовые характеристики и центровка самолета. Н-Новгород, 2012, 177 стр.

В пособии приводятся справочные материалы по гражданской и военной авиационной технике российского и зарубежного производства, даются основные технические и геометрические характеристики российских и зарубежных двигателей, стрелково-пушечного, бомбового, ракетного вооружения, справочные и статистические материалы по наиболее успешным реализованным проектам самолетов. Пособие предназначено для студентов факультета морской и авиационной техники, оно может быть полезно также для руководителей проектов и консультантов.

Редактор:

Подписано к печати Формат 60x84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ. л........ Уч.- изд. л...... Тираж 150 экз. Заказ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева. Типография НГТУ, 603600, Н.Новгород, ул. Минина, 24.

© Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е. Алексеева

Содержание Стр.

5. Массовые характеристики и центровка самолета ........................... 4

1. Классификация массы самолета ......................................................... 4

2. Определение массы самолета ............................................................. 8

3. Весовое проектирование и контроль масс самолета ......................... 14

4. Определение моментов инерции самолета. ……………………...... 16

5.5 Анализ весовой эффективности применения полимерно

композиционных материалов в конструкциях самолетов................ 17

5.6 Типовая сводка масс самолета по структурным группам .............. 23

5.6.1 Типичное распределение массы пустого самолета в % ........................ 23

5.6.2 Массовая сводка по структурным группам самолета............................. 24

5.6.3 Массовый анализ группы силовой установки ...................................... 28

5.6.4 Оценка массы внутреннего оборудования и отделки самолетов .......... 30

5. Оценка массы эксплуатационных элементов самолета ....................... 31

5.6.6 Масса шасси ....... .......................................................... ................................ 32

5. 6.7 Масса группы рулевых поверхностей ........................................................ 32

5.6.8 Масса группы гондол ..................................................................................... 33

5.6.9 Масса группы силовой установки ................................................................ 35

5.6.10 Определение массы оборудования и систем ............................................... 36

5.6.11 Масса системы управления ............................................................................ 37

5.6.12 Масса группы пилотажно-навигационного оборудования ...................... 38

5.6.13 Оценка массы гидравлической, пневматической и электрической систем 38

5.6.14 Масса системы кондиционирования и противообледенительной системы 40

5.6.15 Масса прочего оборудования .......................................................................... 41

5.6.16 Масса эксплуатационных элементов ............................................................ 42

5.6.17 Масса полезной нагрузки и топлива ............................................................ 42

5.7 Центровка ..................................................................................................... 43

5.7.1 Диаграмма загрузки и балансировки ........................................................... 44

5.8 Варианты загрузки и ограничения ........................................................ 45

Библиографический список литературы ............................................. 48

5. МАССОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЦЕНТРОВКА САМОЛЕТА (5,7,9)

5.1 КЛАССИФИКАЦИЯ МАССЫ САМОЛЕТА

Сложность расчета массы самолета в процессе проектирования объясняется тем, что на начальных этапах проектирования самолета, особенно не имеющего прототипов, трудно или невозможно учесть все требования к конструкции и условия ее эксплуатации. Трудность усугубляется еще и тем, что масса конструкции и масса других составляющих сами зависят от величины взлетной массы. Конструктору с самого начала приходится иметь дело с противоречием: взлетную массу нельзя определить, не определив массы всех составляющих, а массу каждого из составляющих невозможно найти, не имея взлетной массы.

Приходится идти методом, последовательных приближений (итераций), применять вначале приближенные, а затем все более уточненные методы и формулы для расчетов.

Чтобы рассчитать взлетную массу и анализировать ее с единых позиций надо, прежде всего, установить, из каких слагаемых она состоит, т. е. необходимо классифицировать массу самолета. Классификация массы самолета (весовая классификация), как и любая другая классификация, является условной.

Классификация взлетной массы ведется по следующим группам:

- «конструкция самолетов»;

- «силовая установка»;

- «оборудование и управление»;

- «снаряжение и служеб­ная нагрузка»;

К полезной нагрузке (пассажиры или спец. грузы) следует относить только целевую нагрузку, ради транспортировки которой и создаётся самолет.

Расчетная взлетная масса состоит из массы пустого самолета (конструкция самолета плюс оборудование и управление, плюс силовая установка) и полной нагрузки (снаряжение и служебная нагрузка плюс целевая нагрузка и топливо). Весовая сводка с разбивкой на группы, соответствующие данной классификации, приведена далее.

Определение массы самолета и его составляющих является одной из центральных задач процесса проектирования. С этого практически начинается процесс выбора и согласования проектных параметров самолета, удовлетворяющих заданным требованиям и ограничениям. Как обобщенная характеристика самолета она часто определяет; степень успеха проектирования: выступает в качестве относительного, а при некоторых постановках задачи, и абсолютного критерия эффективности спроектированного самолета.

Задача определения массы самолета сводится к решению уравнения

где т _i — масса i - го компонента самолета, количество которых п определяется классифи­кацией масс самолета, зависящей от типа проектируемого самолета и этапа проектирования (степени детализации проработки).

Поскольку большинство членов правой части уравнения являются функциями взлетной массы самолета m _i = f ( m₀ ), а взлетная масса определяет основные размеры самолета и, в свою очередь, зависит от этих размеров, процесс определения взлетной массы итеративен.

Определение массы самолета при заданных геометрических параметрах его агрегатов, схеме самолета, основных материалах конструкции, нагрузках, составе оборудования и снаряжения не представляет особой сложности. Вопрос заключается в том, насколько определенная таким образом расчетная масса (как характеристика) соответствует проектной массе (как параметру), заложенной в алгоритме выбора и согласования параметров самолета. От степени этого соответствия зависит (прежде всего, качество проекта, а также потребное количество итераций, а следовательно, потребное время расчетов на ЭВМ, время и стоимость проектирования. Это определяет сложность задачи нахождения проектной массы самолета с максимально возможной точностью на основе весьма ограниченной информации, имеющейся на начальном этапе проектирования.

Взлетная масса m₀ определяется уравнением баланса масс:

(1)

или в относительном виде, разделив на взлетную массу m_{0 ,} получим выражение

где: ¯ m _к = m _к / m ₀ - относительная масса конструкции самолета;

¯m _су = m _су/ m ₀ ^- относительная масса силовой установки;

¯m _т = m_Т / m ₀ - относительная масса топлива;

¯m _o6._ynр = m _o6._ynр / m _o - относительная масса оборудования и управления;

¯ m _сн.сл. = m _сн.сл. / m _o - относительная масса снаряжения и служебной нагрузки;

¯m _п.н.. = m _п.н.. / m _o - относительная масса полезной (целевой) нагрузки.

Типовая номенклатура составляющих, входящих в уравнение баланса масс, обеспечивающая единообразие расчетов и сопоставимость результатов сравнения характеристик различных самолетов, представлена ниже.

Типовая массовая (весовая) сводка самолета

В типовую весовую сводку самолета входят следующие группы

1. Конструкция самолета:

1. крыло (включая герметизацию топливных отсеков);

1. фюзеляж (включая герметизацию отсеков);

2. оперение (включая форкили и шайбы);

3. шасси (включая створки и обтекатели);

4. окраска. 11. Силовая установка:

1. двигатели (основные и вспомогательные);

1. воздушные винты с коками и креплением (для самолетов с ПД и ТВД);

2. средства установки двигателя - гондолы двигателей с воздухозаборниками, воздушными каналами и реактивными соплами (если двигатель конструктивно не связан с фюзеляжем); пилоны; капоты; моторы и узлы крепления; механизмы поворота двигателей (для самолетов вертикального взлета и посадки);

3. системы двигателей: регулирования воздухозаборников; масляная; охлаждения; огнетушения; управления двигателями; контроля работы двигателей; противообледенительная силовой установки;

4. топливная система: топливные баки с протекторами; установочная арматура баков; система подачи топлива (топливопроводы и насосы; система наддува (инертным газом); система автоматического управления расходом топлива; система заправки; система аварийного слива; система заправки в полете.

5. системы выхлопа, реверсирования и изменения вектора тяги;

111. Оборудование и управление:

1. гидросистема: источники энергии; арматура, баки, коммуникации; рабочая жидкость; крепления и эксплуатационные устройства;

2. пневмосистема: источники энергии; арматура, баллоны, коммуникации; сжатый воздух; детали крепления и эксплуатационные устройства;

3) электрооборудование: генераторы и аккумуляторы; преобразователи энергии; электропроводка; аппаратура; детали крепления и эксплуатационные устройства;

4) управление самолетом: управление рулями и элеронами; управление закрылками, предкрылками, интерцепторами, а также другими механизмами и агрегатами (кроме силовой установки);

5) радиооборудование: аппаратура радиосвязи; радионавигационное оборудование; радиолокационное оборудование; системы ав­томатического взлета и посадки;

6) аэронавигационное оборудование: аэронавигационные приборы; приборы конт­роля работы систем и механизмов (кроме силовой установки); автопилот; вычислительные устройства, пульты, приборные доски;

7) противообледенительная система;

8) система теплозвукоизоляции кабин и приборных отсеков;

9) оборудование жизнеобеспечения и бытовое оборудование: сиденья экипажа; сиде­нья пассажиров; система кондиционирования; кислородная система; туалеты; кухни и буфеты (для пассажирских самолетов); гардеробы и багажники (для пассажирских самолетов); противопожарное оборудование кабин; система катапультирования экипажа;

10) специальное оборудование, вооружение и бронирование: система автоматического контроля работы оборудования и конструкции самолета; пушки, пулеметы с установкой (без боезапасов); детали установки и оборудования ракетного вооружения; оборудование бомбардировочное, крепление устройств активной и пассивной защиты; бронирование экипажа и оборудования; фотооборудование, системы обнаружения и т.п.; швартовочное (несъемное) оборудование.

1V.Пустой самолет:

1) конструкция самолета;

2) силовая установка;

3) оборудование и управление.

V. Снаряжение и служебная нагрузка:

1) экипаж - летно-подъемный состав с личными вещами; вспомогательный состав;

2) вода в буфете и умывальниках (пассажирские самолеты);

3) невырабатываемое топливо;

4) масло;

5) расходуемые в полете технические жидкости (противообледенительная и др.);

6) продукты в буфете пассажирского самолета (с контейнерами);

7) литература для пассажиров, ковры, чехлы для сидений, аптечка и т.п.;

8. спасательное оборудование (лодки, ава­рийные трапы и т.д.);

9. запасные части, бортинструмент, чехлы для агрегатов самолета, сигнальные ракеты;

10. подвесные баки (без топлива), комплекты съемных подвесок для спецгрузов, съемное санитарное оборудование;

11. контейнеры для багажа, грузов и почты.

V1. Снаряженный самолет:

1. пустой самолет;

2. снаряжение;

3. служебная нагрузка.

4. Топливо:

1. расходуемое топливо;

2. навигационный запас топлива;

3. топливо в дополнительных и подвесных баках.

V11. Целевая нагрузка:

Истребители, бомбардировщики, разведчики:

1. бомбы, торпеды, ракеты;

2. боезапас (патроны, снаряды);

3. спецгрузы;

4. снаряжение для фоторазведки;

Военно-транспортные самолеты;

5. десантники с вооружением и парашютами;

6)боевая техника, включая вытяжные и основные парашюты, платформы;

Пассажирские самолеты:

7. пассажиры;

8. багаж, грузы, почта;

9. химикаты (сельскохозяйственный само­лет).

V111. Полная нагрузка:

1. снаряжение и служебная нагрузка;

2. топливо;

3. целевая нагрузка.

1Х. Взлетная масса самолета:

1. масса пустого самолета;

2. масса полной нагрузки.

При разработке и эксплуатации самолетов используются следующие понятия масс.

Максимальная рулежная масса - наибольшая масса самолета с учетом запаса топлива, расходуемого на аэродроме при запуске и прогреве двигателей, а также рулением до старта.

Расчетная взлетная масса самолета - максимальная масса самолета (в начале разбега) в условиях нормальной эксплуатации (наибольшая из всех предусмотренных вариантов загрузки).

Максимальная взлетная масса - наибольшая масса самолета в начале разбега, разре­шенная в эксплуатации и допускаемая требованиями норм летной годности для взлета в условиях, приведенных к МСА, указанных в технических требованиях к самолету.

Полетная масса — мгновенное значение изменяющейся массы самолета, не превышающее максимальной взлетной массы.

Расчетная посадочная масса самолета - наибольшая масса, соответствующая требованиям прочности конструкции при эксплуатационных посадках, устанавливаемая изготовителем.

Максимальная посадочная масса - наибольшая масса самолета, допускаемая требованиями норм летной годности (АП), при которой разрешается производить посадки (кроме вынужденных посадок), может превышать расчетную посадочную массу.