Эффективность оперения в значительной степени зависит от его расположения на самолете. Желательно, чтобы на всех режимах полета оперение не попадало бы в зону потока, заторможенного крылом, гондолами двигателей, фюзеляжем или другими частями самолета. Большое влияние на эффективность оперения оказывает и взаимное расположение его частей ВО и ГО.

За крылом самолета образуется зона заторможенного потока, носящая название спутной струи. Размеры этой зоны зависят от скорости полета, угла атаки крыла и его параметров. Точные границы спутной струи определяются на основании аэродинамических продувок. В спутной струе значительно уменьшаются скорости, больших значений достигают углы скоса потока, зона насыщена вихрями.

По этим причинам размещение в спутной струе горизонтального оперения привело бы к снижению его эффективности (из-за уменьшения скорости потока), ухудшению характеристик устойчивости (из-за больших углов скоса) и возникновению вибраций при интенсивном вихреобразовании. При выборе положения горизонтального оперения необходимо, чтобы на всех режимах полета оно не попадало бы в спутную струю.

Рис.4 Рис.5

Горизонтальное оперение располагается либо выше (рис.4а), либо ниже (рис.4б) спутной струи.

При выборе положения горизонтального оперения необходимо также обеспечить достаточное удаление его от реактивной струи двигателей.

Взаимное расположение горизонтального и вертикального оперений должно быть таким, чтобы в полете одна часть оперения возможно меньше затеняла другую. При полете самолета на больших углах атаки или со скольжением определенная часть вертикального оперения попадает в аэродинамическую тень горизонтального оперения. Самолет, у которого вертикальное оперение и особенно руль направления сильно затенены, обладает плохими штопорными характеристиками (затруднён выход из штопора).

Затенение вертикального оперения можно уменьшить, размещая горизонтальное оперение либо позади, либо впереди вертикального, либо на верхней его части.

Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки.

Если правильно выбрано плечо горизонтального оперения, то при размещении вертикального оперения впереди горизонтального необходимо увеличить площадь вертикального оперения для обеспечения потребной его эффективности, а это приведет к увеличению его массы и сопротивления и к увеличению крутящего момента фюзеляжа. При размещении же вертикального оперения за горизонтальным необходимо будет увеличить длину фюзеляжа, что вызовет увеличение массы фюзеляжа и его сопротивления. При размещении горизонтального

оперения на вертикальном усложняется конструкция крепления и увеличиваются нагрузки киля.

В настоящее время на тяжелых транспортных и пассажирских самолетах с двигателями, установленными на пилонах по бокам хвостовой части фюзеляжа, широкое распространение получила схема Т-образного оперения.

В этом случае обеспечивается вынос горизонтального оперения из струи двигателей. К преимуществам такой схемы также относится повышение эффективности вертикального оперения (в этом случае горизонтальное оперение играет роль концевой шайбы) и уменьшение возможности его затенения. Крупным недостатком этой схемы является возможность попадания самолета в режим так называемого «глубокого срыва».

При превышении допустимых значений угла атаки (это может произойти случайно при сильном вертикальном порыве) и наступлении срыва на крыле спутная струя может охватить все горизонтальное оперение и эффективность руля окажется недостаточной.

Для повышения путевой устойчивости и эффективности вертикального оперения на больших углах скольжения на самолетах устанавливаются форкили и подфюзеляжные гребни (рис.6).

Окончательно вопрос размещения оперения на самолете и взаимного расположения отдельных его частей решается на основании результатов продувок, а затем и летных испытаний.

Конструкции,

Горизонтальное оперение (ГО)

Обеспечивает продольную устойчивость, управляемость и балансировку. Горизонтальное оперение состоит из неподвижной поверхности - стабилизатора и шарнирно подвешенного к нему руля высоты. У самолетов с хвостовым расположением горизонтальное оперение устанавливается в хвостовой части самолета - на фюзеляже или на верху киля (T-образноя схема).

Рули и элероны

Ввиду полной идентичности конструкции и силовой работы рулей и элеронов в дальнейшем для краткости речь будет идти только о рулях, хотя все сказанное будет полностью применимо и к элеронам. Основным силовым элементом руля (и элерона, естественно), работающим на изгиб и воспринимающим практически всю перерезывающую силу, является лонжерон, который опирается на шарнирные опоры узлов подвески.

Основная нагрузка рулей - воздушная аэродинамическая, возникающая при балансировке, маневрировании самолета или при полете в неспокойном воздухе. Воспринимая эту нагрузку, лонжерон руля работает как неразрезная многоопорная балка. Особенность его работы заключается в том, что опоры руля закреплены на упругих конструкциях, деформации которых под нагрузкой существенно влияют на силовую работу лонжерона руля.

Восприятие крутящего момента руля обеспечивается замкнутым контуром обшивки, который в местах выреза под кронштейны крепления замыкается стенкой лонжерона. Максимальный крутящий момент действует в сечении кабанчика управления, к которому подходит тяга управления. Местом расположения кабанчика (тяги управления) по размаху руля можно существенно влиять на деформации руля при кручении.

Аэродинамическая компенсация рулей

В полете при отклонении рулевых поверхностей возникают шарнирные моменты, которые уравновешиваются усилиями летчика на командных рычагах управления. Эти усилия зависят от размеров и угла отклонения руля, а также от скоростного напора. На современных самолетах усилия управления получаются слишком большими, поэтому приходится в конструкции рулей предусматривать специальные средства для уменьшения шарнирных моментов и уравновешивающих их усилий управления. С этой целью используется аэродинамическая компенсация рулей, суть которой заключается в том, что часть аэродинамических сил руля создают момент относительно оси вращения, противоположный основному шарнирному моменту.

Наибольшее распространение получили следующие виды аэродинамической компенсации:

• роговая - на конце руля часть его площади в виде «рога» располагается спереди от оси шарниров, что обеспечивает создание момента обратного знака по отношению к основному шарнирному;
• осевая - часть площади руля по всему размаху располагается спереди от оси шарниров (ось шарниров смещается назад), что уменьшает шарнирный момент;
• внутренняя - обычно используется на элеронах и представляет собой пластины, прикрепленные к носку элерона спереди, которые связаны гибкой перегородкой со стенками камеры внутри крыла. При отклонении элерона в камере создается разница давлений над и под пластинами, которая уменьшает шарнирный момент.
• сервокомпенсация - в хвостовой части руля шарнирно подвешивается небольшая поверхность, которая тягой связывается с неподвижной точкой на крыле или оперении. Эта тяга обеспечивает автоматическое отклонение сервокомпенсатора в сторону, противоположную отклонению руля. Аэродинамические силы на сервокомпенсаторе уменьшают шарнирный момент руля.

Углы отклонения и эффективность работы такого компенсатора пропорциональны углам отклонения руля, что не всегда оправдывает себя, т.к. усилия управления зависят не только от углов отклонения руля, но и от скоростного напора. Более совершенным является пружинный сервокомпенсатор, у которого за счет включения в кинематику управления пружины с предварительной затяжкой углы отклонения пропорциональны усилиям управления руля, что наилучшим образом отвечает назначению сервокомпенсатора - уменьшать эти усилия.

Средства аэродинамической балансировки самолета

Любой установившийся режим полета самолета, как правило, выполняется с отклоненными рулями, что обеспечивает уравновешивание - балансировку - самолета относительно его центра масс. Возникающие при этом усилия на органах управления в кабине принято называть балансировочными. Чтобы зря не утомлять летчика и избавить его от этих ненужных усилий на каждой рулевой поверхности устанавливается триммер , позволяющий полностью снимать балансировочные усилия.

Триммер конструктивно полностью идентичен сервокомпенсатору и также шарнирно подвешивается в хвостовой части руля, но, в отличие от сервокомпенсатора, имеет дополнительное ручное или электромеханическое управление. Летчик, отклоняя триммер в сторону противоположную отклонению руля, добивается уравновешивания руля на заданном угле отклонения при нулевых усилиях на командном рычаге. В некоторых случаях используется комбинированная поверхность триммер-сервокомпенсатор, который при включении привода работает в качестве триммера, а при отключенном - выполняет функции сервокомпенсатора.

Следует добавить, что триммер может использоваться лишь в таких системах управления, в которых усилия на командных рычагах напрямую связаны с шарнирным моментом руля - системы механического безбустерного управления или системы с обратимыми бустерами. В системах с необратимыми бустерами - гидроусилителями - естественные усилия на огранах управления очень малы, и для имитации лётчику «механического управления» дополнительно создаются пружинными загрузочными механизмами и от шарнирного момента руля не зависят. В таком случае триммеры на рулях не ставятся, а балансировочные усилия снимаются специальными устройствами - механизмами эффекта триммирования, установленными в проводке управления.

Другим средством балансировки самолета в установившемся режиме полета может служить переставной стабилизатор. Обычно такой стабилизатор крепится шарнирно на задних узлах подвески, а передние узлы соединяются с силовым приводом, который, перемещая носовую часть стабилизатора вверх или вниз, изменяет углы его установки в полете. Подбирая нужный угол установки, летчик может уравновесить самолет при нулевом шарнирном моменте на руле высоты. Этот же стабилизатор обеспечивает и требуемую эффективность продольного управления самолета на взлете и посадке.

Средства устранения флаттера рулей и элеронов

Причиной возникновения изгибно-элеронного и изгибно-рулевого флаттера является их массовая несбалансированность относительно оси шарниров . Обычно центр масс рулевых поверхностей расположен позади оси вращения. В результате при изгибных колебаниях несущих поверхностей силы инерции, приложенные в центре масс рулей, за счет деформаций и

Несущие поверхности, предназначенные для обеспечения устойчивости, управляемости и балансировки самолета, называют оперением.

Обеспечение продольной балансировки, устойчивости и управляемости самолета обычной схемы осуществляется горизонтальным оперением; путевая балансировка, устойчивость и управляемость - вертикальным; балансировка и управление самолета относительно продольной оси производятся при помощи элеронов или рулей крена, представляющих собой некоторую долю хвостовой части крыла. Оперение обычно состоит из неподвижных поверхностей, которые служат для обеспечения равновесия (балансировки) и устойчивости, и подвижных поверхностей, при отклонении которых создаются аэродинамические моменты, обеспечивающие равновесие (балансировку) и управление полетом. Неподвижная часть горизонтального оперения называется стабилизатором, а вертикального - килем.

К стабилизатору шарнирно крепится руль высоты, состоящий обычно из двух половин, а к килю - руль направления (рис. 57).

На рис. 57 показан принцип действия оперения при отклонении руля. Оперение (в рассматриваемом случае горизонтальное) обтекается воздушным потоком под некоторым углом атаки α г.о, не равным нулю.

Поэтому на оперении возникает аэродинамическая сила R г.о, которая благодаря большому плечу относительно центра тяжести самолета создает момент, уравновешивающий суммарный момент от крыла, тяги двигателей, фюзеляжа. Таким образом, момент оперения балансирует самолет. Отклонением руля в ту или другую сторону можно изменить не только величину, но и направление момента и таким образом вызвать поворот самолета относительно поперечной оси, т. е. управлять самолетом. Момент относительно оси вращения руля, возникающий от действия на него аэродинамической силы R p , обычно называют шарнирным моментом и обозначают M ш = R p a.

Величина шарнирного момента зависит от скорости полета (числа М), углов атаки и скольжения, угла отклонения руля, местоположения шарниров подвески и размеров руля. Отклоняя рычаги управления, пилот должен приложить определенное усилие для преодоления шарнирного момента.

Сохранение приемлемых для пилота усилий, потребных для отклонения руля, достигается применением аэродинамической компенсации, которая будет рассмотрена ниже.

Эффективность рулей можно оценить по изменению величин продольного момента, моментов крена и рыскания при отклонении на один градус соответствующего руля. При малых скоростях полета эффективность рулей мало зависит от скорости полета (числа М). Однако при больших скоростях полета сжимаемость воздуха, а также упругие деформации конструкции заметно снижают эффективность рулей. Уменьшение эффективности руля при больших околозвуковых скоростях обусловливается главным образом упругой закруткой стабилизатора, киля, крыла, которая снижает общий прирост подъемной силы профиля от отклонения руля (см. рис. 57).

Степень упругой закрутки профиля при отклонении руля зависит от величины действующего на профиль аэродинамического момента (относительно центра жесткости профиля), а также от жесткости самой конструкции.

Малая относительная толщина оперения скоростных самолетов, а значит, малая жесткость может вызвать явления реверса управления.

Уменьшение эффективности рулей при их обтекании сверхзвуковыми скоростями вызвано другими причинами. При сверхзвуковом обтекании добавочная подъемная сила при отклонении руля возникает только на руле, неподвижная часть оперения (киль, стабилизатор) участия в создании дополнительной аэродинамической силы не принимает. Поэтому для получения достаточной степени управляемости необходимо большее отклонение руля или увеличение площади отклоняемой поверхности. С этой целью на сверхзвуковых самолетах устанавливается подвижной управляемый стабилизатор, который не имеет руля высоты. То же самое относится к вертикальному оперению. На сверхзвуковых самолетах возможно применение поворотного киля без руля поворота.

Изменение направления полета достигается путем поворота стабилизатора и киля. Углы отклонения стабилизатора и киля значительно меньше углов отклонения соответствующих рулей. Отклонение безрулевых поверхностей осуществляется с помощью необратимых самотормозящих гидравлических или электрических силовых устройств. Безрулевое оперение обеспечивает эффективное управление и балансировку самолета в большом диапазоне скоростей, от малых дозвуковых до больших сверхзвуковых, а также в большом диапазоне центровок.

Элероны (рули крена) располагаются на концевой части крыла (рис. 58). Принцип действия элеронов заключается в перераспределении аэродинамической нагрузки по размаху крыла. Если, например, левый элерон отклоняется вниз, а правый вверх, то подъемная сила левой половины крыла возрастет, а правой уменьшится. В результате появляется момент, накреняющий самолет. Обеспечить достаточную эффективность рулей крена у сверхзвуковых самолетов трудно. Малые толщины крыла и особенно его концевых участков приводят к тому, что при отклонении элеронов крыло закручивается в сторону, противоположную отклонению элеронов. Это резко снижает их эффективность. Увеличение жесткости концевых участков крыла приводит к увеличению веса конструкции, что нежелательно.

В последнее время появились самолеты с так называемыми внутренними элеронами (рис. 58, б). Если обычные (рис. 58, а) элероны устанавливаются вдоль концевой части крыла, то внутренние элероны располагаются ближе к фюзеляжу. При одинаковой площади элеронов за счет уменьшения плеча относительно продольной оси самолета эффективность внутренних элеронов при полете на малых скоростях снижается. Однако на большой скорости полета внутренние элероны оказываются более эффективными. Возможна одновременная установка внешних и внутренних элеронов. В этом случае при полете на малых скоростях используются внешние элероны, а на больших скоростях - внутренние. Внутренние элероны при взлете и посадке могут использоваться как закрылки.

Элероны, занимая сравнительно большую долю размаха крыла, создают трудности размещения механизации крыла по всему размаху, вследствие чего эффективность последней снижается. Стремление повысить эффективность средств механизации привело к созданию интерцепторов. Интерцептор представляет собой небольшую плоскую или слегка искривленную пластину, расположенную вдоль размаха крыла, которая в полете скрыта в крыле. При пользовании интерцептор выдвигается вверх из левой или правой половины крыла, приблизительно по нормали к поверхности крыла, и, вызывая срыв воздушного потока, приводит к изменению подъемной силы и крену самолета. Обычно интерцептор работает совместно с элероном и выдвигается на той части крыла, на которой элерон отклоняется вверх.

Таким образом, действие интерцептора суммируется с действием элерона. Применение интерцепторов позволяет уменьшить длину элерона и за счет этого увеличить размах закрылков, следовательно, повысить эффективность механизации крыла.

На некоторых самолетах интерцепторы используются как тормозные щитки и в этом случае одновременно отклоняются вверх на обеих частях крыла только после приземления самолета или в процессе прерванного взлета. На других самолетах интерцепторы для торможения выдвигаются на некоторую часть полного хода, а оставшаяся часть хода может быть использована для поперечной управляемости. Высота полностью выдвинутого интерцептора составляет 5-10% хорды крыла, а длина-10-35% полуразмаха. Для сохранения большей плавности обтекания крыла и уменьшения срывного сопротивления интерцепторы иногда делают не сплошными вдоль размаха, а гребенчатыми. Эффективность таких прерывателей несколько меньше, чем сплошных, но зато вследствие ослабления срывных явлений уменьшается сопутствующая им тряска крыла и хвостового оперения.

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

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Обеспечивает продольную устойчивость, управляемость и балансировку. Горизонтальное оперение состоит из неподвижной поверхности - стабилизатора и шарнирно подвешенного к нему руля высоты. У самолетов с хвостовым расположением горизонтальное оперение устанавливается в хвостовой части самолета - на фюзеляже или на верху киля (T-образноя схема).

В схеме «утка» оперение располагается в носовой части самолета перед крылом. Возможна комбинированная схема, когда у самолета с ховстовым оперением ставится дополнительное переднее оперение - схема с ПГО (переднее горизонтальное оперение), позволяющая использовать преимущества обеих указанных схем. Схемы «бесхвостка», «летающее крыло» горизонтального оперения не имеют.

Неподвижный стабилизатор обычно имеет фиксированный угол установки относительно продольной оси самолета. Иногда предусматривается регулировка этого угла на земле. Такой стабилизатор называется переставным.

На тяжелых самолетах для повышения эффективности продольного управления угол установки стабилизатора с помощью дополнительного привода может изменяться в полете, обычно на взлете и посадке, а также для балансировки самолета на заданном режиме полета. Такой стабилизатор называется подвижным.

На сверхзвуковых скоростях полета эффективность руля высоты резко падает. Поэтому у сверхзвуковых самолетов вместо классической схемы ГО с рулем высоты применяется управляемый стабилизатор, угол установки которого регулируется летчиком с помощью командного рычага продольного управления или бортовым компьютером самолета. Руль высоты в этом случае отсутствует.

Вертикальное оперение (ВО)

Обеспечивает самолету путевую устойчивость, управляемость и балансировку относительно вертикальной оси. Оно состоит из неподвижной поверхности - киля и шарнирно подвешенного к нему руля направления.

Цельноповоротное ВО применяется весьма редко. Эффективность ВО можно повысить путем установки форкиля - передний наплыв в корневой части киля и дополнительным подфюзеляжным гребнем. Другой способ - применение нескольких (обычно не более двух одинаковых) килей.

Формы оперения

Формы поверхностей оперения определяются теми же параметрами, что и формы крыла: удлинением, сужением, углом стреловидности, аэродинамическим профилем и его относительной толщиной. Как и в случае с крылом различают трапецевидное, овальное, стреловидное и треугольное оперение.

Схема оперения определяется числом его поверхностей и их взаимным расположением. Наиболее распространены следующие схемы:

• схема с центральным расположением вертикального оперения в плоскости симметрии самолета - горизонтальное оперение в этом случае может располагаться как на фюзеляже, так и на киле на любом удалении от оси самолета. (Схему с расположением ГО на конце киля принято называть Т-образным оперением.)
• схема с разнесенным вертикальным оперением, - две его поверхности могут крепиться по бокам фюзеляжа или на концах ГО. В двухбалочной схеме фюзеляжа поверхности ВО устанавливаются на концах фюзеляжных балок. На самолетах типа «утка», «бесхвостка», «летающее крыло» разнесенное ВО устанавливается на концах крыла или в средней его части,
• V-образное оперение, состоящее из двух наклонных поверхностей, выполняющих функции и горизонтального и вертикального оперения. Из-за сложности управления и, как следствие, малой эффективности такое оперение широкого применения не получило. (Правда применение компьютерных пилотажных систем изменило ситуацию в лучшую сторону. Текущее управление V-образным оперением в оснащенных им новейших самолетах берет на себя бортовой компьютер, - пилоту лишь достаточно задать стандартной ручкой управления направление полета (влево-вправо, вверх-вниз), и компьютер сделает все, что для этого нужно.)

Требуемая эффективность оперения обеспечивается правильным выбором форм и расположения его поверхностей, а также численных значений параметров этих поверхностей. Чтобы избежать затенения органы оперения не должны попадать в спутную струю крыла, гондол и других агрегатов самолета. Не меньшее влияние на эффективность оперения оказывает и применение компьютерных пилотажных систем. Например до появления достаточно совершенных самолетных бортовых компьютеров V-образное оперение почти не применялось, из-за его сложности в управлении.

Более позднее наступление волнового кризиса на оперении достигается увеличенными по сравнению с крылом углами стреловидности и меньшими относительными толщинами. Избежать флаттера и бафтинга можно известными мерами устранения этих явлений аэроупругости.

Шасси летательного аппарата - система опор летательного аппарата, обеспечивающая его стоянку, передвижение по аэродрому или воде при взлете и посадке. Обычно представляет собой несколько колес, иногда используются лыжи, или поплавки. В некоторых случаях используются гусеницы или поплавки, совмещенные с колесами.

Основные схемы расположения шасси (англ.)русск.:

• С хвостовым колесом. Главные опоры или опора расположены впереди центра тяжести, а вспомогательная (хвостовая) - позади (Douglas DC-3).
• С передним колесом. Переднее (носовое) колесо расположено впереди центра тяжести, а главные опоры позади центра тяжести. На стойку в носовой части фюзеляжа обычно приходится 10-15 % массы. Получили распространение в период Второй мировой войны и в послевоенные годы (например, Boeing 747).
• Велосипедного типа. Две главные опоры расположены в фюзеляже, впереди и позади центра тяжести аппарата. Две боковые опоры крепятся по бокам (Boeing B-52 Stratofortress,Мясищев 3М, Яковлев Як-25,27,28).

Основными элементами шасси летательного аппарата являются:

• амортизационные стойки для смягчения ударов, возникающих в момент приземления.
• колёса (пневматики), снабженные тормозами для уменьшения длины послепосадочного пробега
• система раскосов (стержней), воспринимающих реакции земли и крепящих амортизационные стойки и колёса к крылу и фюзеляжу

У большинства летательных аппаратов после взлёта шасси убирается в фюзеляж или крыло. У небольших летательных аппаратов шасси, как правило, не убирается и имеет конструкцию, допускающую замену колёс лыжами или

8.1. Обоснование аэродинамической схемы самолёта.

Современный самолёт представляет собой сложную техническую систему, элементы которой, каждый в отдельности и все в совокупности, должны иметь максимальную надёжность. Самолёт в целом должен отвечать заданным требованиям и обладать высокой эффективностью при соответствующем техническом уровне.

При разработке проектов самолётов нового поколения, которые войдут в эксплуатацию в начале 2000-х годов, большое значение придаётся достижению высокой технико-экономической эффективности. Эти самолёты должны не только обладать хорошими её показателями на момент выхода в эксплуатацию, но и располагать потенциальной возможностью модификации для систематического повышения эффективности на протяжении всего периода серийного производства. Это необходимо для того, чтобы с минимальными затратами обеспечить реализацию новых требований и достижений технического прогресса.

При рассмотрении схемы пассажирского самолёта местных авиалиний целесообразно изучить все ранее созданные в этом классе самолёты.

Развитие пассажирской авиации активно началось после Второй Мировой войны. С тех пор схема самолётов этого класса, постепенно претерпевая изменения пришла к наиболее оптимальной на сегодняшний день. В большинстве случаев это самолет, выполненный по нормальной аэродинамической схеме, моноплан. Двигатели обычно расположены под крылом (ТВД), под крылом на пилонах или на крыле (ТРД). Хвостовое оперение выполнено скорее по Т-образной схеме, иногда по нормальной. Сечение фюзеляжа состоит из дуг окружностей. Шасси выполнено по схеме с носовым колесом, основные стойки часто многоколёсные и многоопорные, убирающиеся либо в удлинённые мотогондолы турбовинтовых двигателей (для самолётов весом примерно до 20 тонн), либо в наплывы на фюзеляжа.

Типичная компоновка фюзеляжа - кабина пилотов в носовой части, длинная пассажирская кабина.

Отклонение от этой устоявшейся компоновочной схемы может быть вызвано только лишь какими-то особенными требованиями, предъявляемыми к самолёту. В остальных же случаях при разработке пассажирского самолёта конструкторы стараются придерживаться именно этой схемы, поскольку она является практически оптимальной. Ниже приведено обоснование применения данной схемы.

Использование нормальной аэродинамической схемы для самолётов транспортной авиации обусловлено в первую очередь её достоинствами:

Хорошая продольная и путевая устойчивость. Благодаря этому свойству нормальная схема сильно выигрывает у схем «утка» и «бесхвостка».

С другой стороны данная схема обладает достаточной для неманевренного самолёта управляемостью. Вследствие наличия этих свойств у нормальной аэродинамической схемы, самолёт прост в управлении, что даёт возможность эксплуатации его лётчикам любой квалификации. Тем не менее, нормальной схеме присущи следующие недостатки:

Большие потери на балансировку, что при прочих равных условиях сильно снижает качество самолёта.

Полезная массовая отдача у нормальной схемы ниже, поскольку масса конструкции у неё обычно больше (хотя бы потому, что у «бесхвостки» горизонтальное оперение отсутствует вовсе, а у «утки оно создаёт положительную подъёмную силу, работая как крыло и следовательно, разгружая крыло, что даёт возможность уменьшить площадь последнего).

Влияние скоса потока за крылом на горизонтальное оперение хоть и не столь критично, как влияние ПГО у «утки» но, тем не менее, с этим приходится считаться, разнося крыло и горизонтальное оперение по высоте. Так же следует учесть тот факт, что самолетам, выполненным по схемам «утка» и «бесхвостка» при взлёте и посадке требуются большие углы атаки , что делает конструктивно практически невозможным использование стреловидных крыльев большого и среднего удлинения, так как применение таких крыльев и больших углов атаки связано с очень большой высотой шасси. Из-за этого в схемах «утка» и «бесхвостка» используются только крылья малого удлинения треугольной, готической, оживальной или серповидной формы в плане. Вследствие малого удлинения такие крылья имеют низкое аэродинамическое качество на дозвуковых режимах полёта. Эти соображения определяют целесообразность использования схем «утка» и «бесхвостка» на самолётах, у которых основным режимом полёта является полёт на сверхзвуковой скорости.

Сравнивая все достоинства и недостатки трёх аэродинамических схем, приходим к заключению о целесообразности использования на дозвуковом пассажирском самолёте классической аэродинамической схемы.

8.2. Расположение крыла относительно фюзеляжа.

Для пассажирских самолётов выбор схемы крыла относительно фюзеляжа связан в первую очередь с компоновочными соображениями. Потребность в свободных объёмах внутри фюзеляжа не позволяет использовать схему среднеплана, т. к. с одной стороны нельзя пропустить центроплан крыла сквозь фюзеляж, а с другой стороны использование крыла без центроплана, со стыковкой консолей к силовому кольцевому шпангоуту, невыгодно в весовом отношении.

В отличии от среднеплана схемы высокоплан и низкоплан не мешают созданию единой грузовой кабины. При выборе между ними предпочтение отдаётся высокопланной схеме, поскольку проектируемый самолёт будет использоваться на аэродромах разного класса, в том числе и на грунтовых ВПП, где отсутствуют подъездные трапы. Она позволяет максимально уменьшить высоту пола над уровнем земли, что значительно упрощает и облегчает посадку пассажиров и погрузку багажа через входную дверь-трап.

С аэродинамической точки зрения высокоплан выгоден тем, что позволяет получать на крыле распределение циркуляции близкой к эллиптической (при условно одинаковой форме крыла в плане) без провала в районе фюзеляжа, как у схем низкоплана и среднеплана. При этом то, что высокоплан обладает сопротивлением интерференции хотя и большим, чем у среднеплана, но меньше чем у низкоплана, позволяет получать высокое качество самолёта, построенного по такой схеме. При низком расположении крыла сопротивление (при скоростях с М<0,7) больше, чем при среднем и высоком расположении. Ниже приведены поляры для трёх схем расположения крыла на фюзеляже, из которых видно, что
(при
) у низкоплана больше, чем у среднеплана и высокоплана (Рис. 8.2.1.).

Схема высокоплан обладает следующими компоновочными и конструктивными недостатками:

Шасси невозможно разместить на крыле, либо (на небольших самолётах) основные опоры шасси получаются громоздкими и тяжёлыми. В этом случае шасси размещается, как правило, на фюзеляже, нагружая его большими сосредоточенными силами.

При аварийной посадке крыло (особенно если на нём установлены двигатели) стремится раздавить фюзеляж и находящуюся в нем пассажирскую кабину. Для устранения этой проблемы приходиться усиливать конструкцию фюзеляжа в районе крыла и значительно утяжелять его.

При аварийной посадке на воду фюзеляж уходит под поверхность воды, затрудняя тем самым аварийную эвакуацию пассажиров и экипажа.

8.3. Схема оперения.

Для пассажирских самолётов конкурирующими являются две схемы оперения: нормальная и Т-образная.

Мощная спутная струя от воздушного винта неблагоприятно влияет на обычное низко расположенное горизонтальное хвостовое оперение и может ухудшить устойчивость самолета на некоторых режимах полета. Высоко расположенное горизонтальное оперение существенно повышает устойчивость самолета, так как оно выходит за пределы зоны влияния спутной струи. При этом эффективность киля также повышается. Обычный киль эквивалентной геометрии должен иметь площадь на 10% больше. Поскольку высоко расположенное горизонтальное оперение имеет большее горизонтальное плечо из-за скоса киля назад, для создания необходимого продольного момента требуется усилие на ручке, вдвое меньшее, чем при обычном горизонтальном оперении. Кроме того, Т-образное хвостовое оперение обеспечивает более высокий уровень комфорта для пассажиров, так как оно уменьшает вибрацию конструкции от воздействия спутной струи от воздушного винта. Вес обычного и Т-образного оперений примерно одинаков.

Применение Т-образного хвостового оперения увеличивает стоимость самолета менее чем на 5 % за счет увеличения затрат на разработку и производственную оснастку. Однако преимущества этого оперения оправдывают его использование.

Среди прочих достоинств Т-образного оперения являются:

Горизонтальное оперение представляет собой «концевую шайбу» для вертикального оперения, что повышает эффективное удлинение киля. Это позволяет уменьшить площадь вертикального оперения и этим облегчить конструкцию.

Горизонтальное оперение отводится от зоны воздействия на его конструкцию звуковых волн, которые могут создать опасность усталостного разрушения. Срок службы горизонтального оперения при этом увеличивается.

8.4. Выбор количества двигателей и их размещения.

Необходимое число двигателей для силовой установки самолёта зависит от ряда факторов, обусловленных как назначением самолёта, так и его основными параметрами и лётными характеристиками.

Основными критериями при выборе числа двигателей на самолёте являются:

Самолёт должен обладать необходимой стартовой тяговооружённостью;

Самолёт должен обладать достаточной надёжностью и экономичностью;

Эффективная тяга силовой установки должна быть возможно большей;

Относительная стоимость двигателей должна быть возможно меньшей;

При формальном подходе обеспечить нужную величину стартовой тяговооружённости проектируемого самолёта можно каким угодно числом двигателей (в зависимости от стартовой тяги одного двигателя). Поэтому при решении данного вопроса необходимо ещё и учитывать специфику назначения самолёта и требования, предъявляемые к его компоновке и силовой установке. Помощь при выборе числа двигателей может оказать изучение самолётов аналогичного класса уже использующихся на авиалиниях.

При развитии пассажирских самолётов местных авиалиний конструкторы пришли со временем к оптимальному количеству числа двигателей на самолётах данного класса - два двигателя. Отказ от использования одного двигателя объясняется тем, что появляются большие сложности с его компоновкой, а также один двигатель не удовлетворяет безопасности полётов. Использование трёх и более двигателей неоправданно утяжелит и усложнит конструкцию, следствием этого явится увеличение стоимости самолёта в целом и снижение его боеготовности.

При выборе места установки двигателей было рассмотрено несколько вариантов их размещения. В результате анализа выбор был остановлен на схеме крепления двигателей под крылом. Достоинствами этой схемы являются:

Крыло разгружается в полёте двигателями, что позволяет уменьшить его массу на 10... 15%

При такой схеме компоновки СУ увеличивается критическая скорость флаттера - двигатели являются противофлаттерными балансирами, сдвигая ЦМ сечений крыла вперед.

Возможно надёжное изолирование крыла от двигателей при помощи противопожарных перегородок.

Обдув механизации крыла струёй от винтов увеличивает её эффективность.

К недостаткам схемы можно отнести:

Большие разворачивающие моменты при отказе в полёте одного двигателя. - Далеко расположенные от земли двигатели тяжелее обслуживать.

На сегодняшний день на неманевренных дозвуковых самолётах нашли применение два типа двигателей - ТВД и ТРДД. Решающее значение при выборе типа двигателя имеет скорость крейсерского полёта. ТВД выгодно использовать на скоростях полёта, соответствующих М = 0,45...0,7 (Рис. 8.4.2.). В этом диапазоне скоростей он гораздо экономичнее ТРДД (удельный расход топлива меньше в 1,5 раза). Использование ТВД на скоростях, соответствующих М = 0,7...0,9 невыгодно, т. к. он имеет недостаточную удельную мощность и повышенный уровень шума и вибраций на самолёте.

Принимая во внимание все вышеперечисленные факты, и исходя из исходных данных на проектируемый самолёт, выбор для СУ делаем в пользу ТВД.

8.5. Итоги проведённого анализа.

Проведённый выше анализ показывает, что для пассажирского ближнемагистральнолго самолёта применительны две основные схемы (Рис. 8.5.1.).

Схема 1: Низкоплан с низкорасположенным Г.О., двигателями в крыле, и шасси расположенными в мотогондолах.

Схема 2: Высокоплан с Т-образным оперением, двигателями под крылом и шасси расположенными в гондолах на фюзеляже.

С точки зрения эксплуатации, аэродинамики и экономики наиболее выгодна вторая схема для данного типа самолёта (Таблица 8.5.1.).

Таблица 8.5.1.

8.6. Статистика раннее созданных самолётов данного класса.