Взаимодействие планера самолета с двигательной установкой

Двигательной (силовой) установкой называется совокупность устройств и коммуникаций, обеспечивающих самолету необходимую тягу во всем диапазоне его эксплуатационных условий. Основными элементами реактивной двигательной установки являются: двигатели и узлы их крепления, воздухозаборники и устройства выхода отработанных газов, гондолы и кожухи, системы обеспечения топливом и смазкой, системы охлаждения, противопожарной защиты и управления работой двигателя, а также средства контроля за работой систем. Общий к, п. д. двигательной установки зависит в основном от эффективности работы двигателя, на которую влияет степень совершенства воздушного и выхлопного трактов. В сверхзвуковых самолетах это особенно относится к воздушному каналу, характеристики которого зависят от принципа работы и конструкции его входной части, называемой воздухозаборником. Выбор параметров двигателя для определенного самолета производится на основании энергетических требований, выполнение которых является одним из основных условий обеспечения заданных летно-технических характеристик самолета. На первом этапе развития сверхзвуковых самолетов существовала в определенных пределах свобода выбора двигателя, в том числе его типа. Однако надежды на использование ракетных и прямоточных двигателей в качестве основы двигательных установок для самолетов широкого применения не оправдались, что ограничило в настоящее время эту свободу лишь до возможности выбора числа и местоположения двигателей, а также принципа действия и конструкции воздухозаборника. Из представленного во второй части книги обзора 88 типов сверхзвуковых самолетов следует, что 43 из них одндвигательные, 38 -двухдвигательные, 1-трех двигательный, 6 -четырехдвигательные и 1-шестидвигательный (разница в числе типов самолетов получается в результате учета одно- и двухдвигательного вариантов самолета Х-15). Следовательно, преобладают одно- и двухдвигательные схемы. Значительно большее разнообразие наблюдается среди типов используемых двигателей. На однодвигательных самолетах в 3 случаях применены ракетные двигатели, в 33-турбореактивные (в том числе Е-50, «Дюрандаль» а «Мираж» Ш оснащены вспомогательными ракетными двигателями), а в 7 - двух контурные турбореактивные (турбовентиляторные). На двух двигательных самолетах в 1 случае установлен ракетный двигатель, в 2-комбинированная система, состоящая из турбореактивного и ракетного двигателей («Скайрокет» и SR. 53), в 2-комбина-ция турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей {«Ледюк» 022 и «Гриффон» II), в 23-турбореактивные, а в 10-турбовентиляторные двигатели. На четырехмоторных самолетах в 4 случаях применены турбореактивные, а в 2-турбовентиляторные двигатели.

Размещение двигательной установки

Отсутствие воздушного винта, относительно небольшая масса, сравнительно простые конструкция и обслуживание реактивных двигательных установок позволяют разметать двигатели в местах, обеспечивающих оптимальные условия их работы и оптимальные характеристики самолета. В современной реактивной авиации наблюдается большое разнообразие вариантов размещения двигателей на самолете. Правда, в сверхзвуковых самолетах эти возможности существенно ограничены, тем не менее в конструкторской практике реализованы следующие варианты размещения двигателей:
- в гондолах, расположенных непосредственно под корневыми (Ту-144. В-1) или средними («Конкорд») частями крыла, либо в гондолах, встроенных в средние части крыла (T.J88, YF-12A); в самолетах Ту-144, «Конкорд» и В-1 применены гондолы, вмещающие по два двигателя, в остальных случаях – индивидуальные гондолы;
- в гондолах, размещенных под крылом на пилонах (В-58, М-50) либо на конца крыла («Тридан», М-50); в самолете VJ-101C использованы двухдвигательные, а в остальных индивидуальные гондолы;
в гондоле, вмещающей шесть двигателей и расположенной под хвостовой частью фюзеляжа и корневыми частями;
- в индивидуальных гондолах, размещенных над хвостовой частью фюзеляжа с обеих сторон вертикального оперения.
Остальные самолеты построены по одно- и однодвигательный схемам с двигателями, размещенными в хвостовой части фюзеляжа. Классической для двух двигательных самолетов можно считать схему с двигателям», размещенными в фюзеляже рядом, хотя построены также и самолеты с двигателями, расположенными один над другим («Лайтнннг», SR.53), друг за другом (в самолете «Скайрокет» с комбинированной двигательной установкой турбореактивный двигатель размещен в средней часта фюзеляжа, а ракетный в его хвосте), а также один в другом («Гриффон П и «Ледюк» 022, где турбореактивные двигатели установлены внутри прямоточных). Пять из остальных двух двигательных самолетов (Х-3, F-101, F-4, «Ягуар» и Т-2) имеют короткие фюзеляжи с балочными кронштейнами крепления оперения, что придает самолету специфичную форму. Можно отметить также схему размещения двигателей в самолете F-14, где двигательные гондолы объединены с фюзеляжем, что определяет как общий вид, так и поперечные сечения этой части планера самолета. При проектировании самолета обычно прорабатываются различные варианты расположения двигателей. Каждый из вариантов, являясь результатом компромисса, имеет определенные недостатки и достоинства, Из них обычно выбирается такой, который с учетом современного состояния науки и техники, назначения самолета, располагаемых возможностей конструкторского бюро, его смежников и заводов-изготовителей представляется конструктору вариантом, обеспечивающим наилучшие показатели самолета. Варианты конструкции самолета с двигателями, размещенными в крыле, под ним либо на его концах, имеют следующие преимущества:
- свободное пространство в фюзеляже для бомбовых отсеков, топливных баков, грузов и т.п.;
- малую длину воздушных каналов, а значит, и малые потерн давления на входе в компрессор двигателя;
- разоружение крыла от массовых сил (тяжести и инерции) в полете, что позволяет уменьшить массу крыла на 10-15%; -двигатели, размещенные в передней части крыла, выполняют роль противофлаттерного груза и гасят вибрации крыла при полете в турбулентной атмосфере;
- в двигательных гондолах могут размещаться также и люки для уборки шасси; -в случае установки гондолы на пилоне замена двигателя одного типа на другой (с иными габаритами) может быть осуществлена путем лишь незначительного изменения конструкции (этот вариант обеспечивает также большую противопожарную безопасность);
- более легкий доступ к двигателям во время обслуживания.
Основными недостатками таких компоновок (особенно варианта с двигателями, размещенными в средних частях крыла в плоскости хорд) являются:
- ухудшение аэродинамических характеристик крыла, связанное с размещением воздухозаборника вблизи передней кромки, а выходного сопла возле задней кромки крыла, что приводит к уменьшению несущей способности крыла, увеличению полетного сопротивления самолета и уменьшению возможностей механизации крыла;
- усложнение силовой конструкции крыла;
- возникновение значительного отклоняющего момента в случае выхода из строя одного из двигателей;
- увеличение моментов инерции массы самолета относительно продольной и вертикальной осей, приводящее к уменьшению его маневренности;
- низкое расположение воздухозаборников при размещении двигателей под крылом на пилонах приводит к попаданию в двигатель пыли и других предметов вместе с воздухом во время взлета и посадки, что ускоряет износ деталей двигателя и может быть причиной аварии.
При выборе варианта установки двигателей в крыле необходимо учитывать проблему возникновения дополнительной аэродинамической интерференции между крылом и гондолами, а также проблему нагрева конструкции. Вследствие интерференции при больших скоростях полета у самолета с двигателями в крыле или под ним раньше возникает волновой кризис, что приводит к уменьшению критического числа Маха (т.е. к уменьшению эффекта стреловидности крыла) по сравнению с самолетом, двигательная установка которого размещена в фюзеляже. Интенсивность этого явления зависит от положения гондолы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, поскольку интерференционное сопротивление оказывается наименьшим, когда ось двигателя совпадает с хордой профиля, а наибольшим — при размещении гондол двигателей на пилонах. Проблема нагрева конструкции при работе двигателя имеет наряду с фактом снижения прочности материала при повышении температуры и другие аспекты. Например, в процессе проектирования самолета В-58 с треугольным крылом потребовалось в соответствии с принципами балансировки, чтобы центры тяжести двигателей, установленных на пилонах, находились перед линией центров давления крыла. Однако при этом возникала опасность нагрева нижней поверхности крыла потоком выхлопных газов. Для самолета В-58 это было тем более опасно, поскольку внутренние объемы его крыла предполагалось использовать как емкости для топлива. Испытания макета самолета с двухдвигательными гондолами показали, что температура обшивки крыла при работающих двигателях (особенно на земле) возрастает выше допустимого предела. Рассматривался также вариант с гондолами, размещенными над крылом и под ним, однако этот вариант оказался менее всего соответствующим правилу площадей, В конце концов была принята компоновка, удовлетворяющая обоим условиям: гондолы сдвинуты одна относительно другой в продольном направлении (правило площадей) и установлены под разными углами относительно хорды крыла. Для уменьшения интенсивности нагрева внутренние гондолы установлены под значительным положительным углом атаки, а внешние, с выхлопными соплами, находящимися уже за задней кромкой крыла, под отрицательным углом. Такое расположение двигательных гондол позволило также уменьшить до приемлемою уровня вибрации, сопутствующие воздействию выхлопных газов на обшивку крыла.Другого рода проблемы возникают при размещении двигателей в гондолах под задними частями крыла либо под корневой частью крыла и фюзеляжем. Такое местоположение гондол позволяет использовать систему косых скачков уплотнения, возникающих под крылом, для увеличения подъемной силы самолета. Наиболее эффективным с этой точки зрения является размещение двигателей в одной общей гондоле, как это сделано в самолете ХВ-70А. Однако недостаток такого решения заключается в увеличении массы конструкции из-за большой длины воздушных каналов. Разнесение гондол, как в самолете «Конкорд», позволяет использовать более короткие воздушные каналы и приводит к разгрузке крыла. Однако при этом прирост подъемной силы по сравнению с общей подфюзеляжной гондолой уменьшается в два раза (20 и 10% соответственно). Ввиду этого в самолете Ту-144 принято промежуточное решение. В сверхзвуковых самолетах двухмоторная двигательная установка размешается обычно внутри хвостовой части фюзеляжа. Такая компоновка имеет следующие преимущества:
- отсутствие дополнительного аэродинамического сопротивления;
- уменьшение момента инерции массы самолета относительно его продольной оси, что облегчает управление по крену.
Но эта компоновка имеет также и недостатки, а именно:
- усложнение формы н конструкции, а также удлинение воздушных каналов;
- значительный объем фюзеляжа занят двигателями, воздушными каналами и выходными устройствами;
- затрудняется доступ к двигателям, так как для этого возможно использовать лишь относительно небольшие люки конструкции фюзеляжа.
Выше упоминалось, что расположение двигателей один над другим в плоскости симметрии самолета использовалось редко. Одним из двух самолетов, построенных по такой схеме, является «Лайтнингв. При проектировании этого самолета оказалось, что проблема размещения двух двигателей при условиях наименьшей площади милелева сечения и минимальной асимметрии тяги может быть успешно решена путем установки двигателей (с общим лобовым воздухозаборником) друг над другом с продольным сдвигом (верхний ближе к концу фюзеляжа). Это не только упрощает задачу балансировки самолета, но также приводит к увеличению боковой поверхности фюзеляжа, а значит, к улучшению путевой устойчивости и возможности некоторого уменьшения площади вертикального оперения. Однако эта концепция не нашла последователей, так как, помимо обычных недостатков размещения двигателей в фюзеляже, ее характеризует еще более трудный доступ к двигателям, усложнение формы воздушных каналов, а также большой демпфирующий момент хвостовой части фюзеляжа, возникающий во время выполнения маневров в горизонтальной плоскости. Таким образом, основным вариантом компоновки двух двигателей в фюзеляже можно считать их расположение рядом друг с другом. Наиболее часто двигатели устанавливаются в фюзеляже рядом практически вплотную и только в одном случае (самолет F-14) они раздвинуты на некоторое расстояние. Для первого варианта характерны большие потери давления и большая масса конструкции воздушных каналов (что связано с их большей длиной и криволинейной формой), а также опасность последовательного отказа обоих двигателей. Второй же вариант объединяет достоинства размещения двигателей в фюзеляже и в крыле, поскольку в этом случае воздушные каналы короткие и прямые, а двигатели разделены внутрифюзеляжным пространством, значительная часть которого может быть отведена под оборудование. Этот вариант компоновки отличается также меньшим сопротивлением хвостовой части фюзеляжа, которую можно выполнить в форме клина.Еще предлагаем узнать где лучше недорого купить вышиванку. Вышиванку с Закарпатья надо покупать только в нашем интернет магазине.