Реализация аэродинамического принципа полёта

Аэродинамический принцип создания подъёмной силы можно реализовать либо, используя движение всего аппарата, снабжённого неподвижной несущей поверхностью (крыло у самолёта), либо используя движение отдельных несущих частей ЛА (несущий винт у вертолёта и т.д.).

Среди ЛА, реализующих аэродинамический принцип полёта наибольшее распространение получили: самолёты и вертолёты.

Самолёт (Рис. 6) – ЛА, тяжелее воздуха, у которого подъёмная сила создаётся неподвижным относительно фюзеляжа крылом из-за разницы давлений воздуха на верхней и нижней поверхностей крыла, в результате движения его в воздушной среде под действием тяги силовой установки.

При полёте самолёта со скоростью V возникает подъёмная сила Y, равная силе тяжести G (горизонтальный полёт), вместе с тем возникает и сила, оказывающая сопротивление движению самолёта Х (сопротивление воздушной среды), которая преодолевается силой тяги двигателя Р.

 

Рис. 6. Силы, действующие на самолет в полете

 

Таким образом, для совершения горизонтального полёта самолёта необходимо выполнить условия:

Y = G и X = Р.

Экономичность ЛА с точки зрения аэродинамики определяется отношением подъёмной силы к силе лобового сопротивления, называемым аэродинамическим качеством.

К = Y/X = G/P

Аэродинамическое качество ЛА определяется, в основном, его геометрическими параметрами. Физический смысл аэродинамического качества заключён в том, какое расстояние в спокойной атмосфере ЛА без тяги может пролететь с определённой высоты.

Отсюда тяга двигателя, потребная для совершения горизонтального полёта

P_потр = GX/Y = G/K = m_g/K.

Энергетические затраты ЛА, реализующего аэродинамический принцип полёта, на преодоление силы земного тяготения существенно меньше затрат ЛА, реализующего ракетодинамический принцип полёта, для которого Р_потр = m_g. У современных дозвуковых самолётов К = 15…18, у сверхзвуковых К = 8…12.

Вертолёт (геликоптер, см. Рис. 7) - ЛА, тяжелее воздуха у которого подъёмная сила и тяга создаются вращающимся винтом (приблизительно в горизонтальной плоскости)

Вертолёт, совершает полёт за счёт подъёмной силы и тяги, создаваемых одним или несколькими несущими винтами, создающими подъёмную силу без поступательного движения ЛА.

 

	Рис. 7. Вертолет

 

Приведённая выше классификация достаточно условна. Так, ракета, выводящая спутник на орбиту, сочетает ракетодинамический принцип полёта на активном участке с баллистическим принципом на пассивном участке. Самолёт может двигаться по баллистической кривой, при этом в нем будет отсутствовать сила тяжести. Самолёты вертикального взлёта – посадки могут сочетать в себе ракетодинамический принцип при взлёте, висении и посадке с аэродинамическим на режиме крейсерского полёта.

Многоразовые воздушно-космические аппараты сочетают ракетодинамический, баллистический и аэродинамический принципы на разных участках полёта (Рис. 8).

 

Рис. 8. Многоразовый космический аппарат «Буран»

 

Вопросы для самопроверки

1. Существующие принципы полета.

2. Достоинства и недостатки разных принципов полета.

3. Аппараты, сочетающие различные принципы полета.

 

Задание для самостоятельной работы.

1. Нарисовать эскизы летательных аппаратов, использующихбаллистический, ракетодинамический, аэростатический и аэродинамический принципы полетов.

2. Дать основные понятия для каждого принципа полета.

3. Привести примеры аппаратов, использующих каждый принцип полета.

 

 

Работа №2

Основные агрегаты самолёта

Основные агрегаты самолёта

Агрегат – это конструктивно законченная часть ЛА, воспринимающая внешние нагрузки.

 

Рис. 9. Основные агрегаты самолета

 

Фюзеляж служит для размещения в нём кабины экипажа, полезной нагрузки, пассажиров, топлива, различного оборудования и систем самолёта. В фюзеляже может размещаться шасси и двигатели. Являясь строительной основой конструкции, он объединяет в силовом отношении в единое целое все его части. Фюзеляжи различных самолетов различаются по размерам, расположению экипажа (пассажирский и истребитель), наличию люков для загрузки грузов, дверей для посадки пассажиров и т.д.

Крыло – несущая поверхность самолёта, служащая для создания аэродинамической подъёмной силы, необходимой для обеспечения полёта и маневров самолёта. Крыло принимает участие в обеспечении поперечной устойчивости и управляемости самолёта и может быть использовано для крепления шасси, двигателей, для размещения топлива, вооружения и т.п.

Классификация самолетов:

- по количеству крыльев:

· моноплан - одно крыло, самолёты, имеющие одну несущую плоскость: свободнонесущий моноплан, парасоль, подкосный моноплан, расчалочный моноплан, прямая чайка и обратная чайка;

· биплан – два крыла, самолёты с двумя несущими плоскостями: свободнонесущий биплан, стоечный биплан, расчалочно-стоечный биплан, полутороплан;

· полиплан (многоплан), самолёты с тремя и более несущими плоскостями;

- по расположению крыла относительно фюзеляжа: высокоплан, среднеплан, низкоплан.

Классификация крыльев по форме в плане:

· прямые: прямоугольные, эллиптические, параболическое, трапециевидные, ромбовидные, и др;

· стреловидные: прямой стреловидности, обратной стреловидности, изменяемой стреловидности и др.;

· треугольные: с острыми концами, со срезанными концами, с наплывом, оживальные и др.;

· кольцевые, круглые, раздвижные, арочного типа, сочленённые, крыло Рогалло и др.

Крылья современных самолетов снабжаются средствами механизации (закрылками, щитками, предкрылками, отклоняемыми носками и др.), служащей для улучшения взлетно-посадочных характеристик самолёта. Так же на крыле размещают элероны, интерцепторы и др.

Элероны -отклоняемые поверхности, расположенные на задней кромке крыла, ближе к его концам, отклоняющиесядифференциально, являются органом поперечного управления самолетом.

На самолетах схемы «Бесхвостка» и «Летающее крыло» для поперечного и продольного управления применяются
элевоны – отклоняемые поверхности, расположенные на задней кромке крыла, которые могут работать в режимеэлеронов и рулей высоты.

Механизациейкрыла называют синхронно отклоняемые поверхности, позволяющие изменять величину аэродинамических коэффициентов, позволяющая увеличивать С_у крыла при взлете и на посадке, имеет особо важное значение, поскольку дает возможность существенно сократить длину разбега при взлете и уменьшить посадочную скорость и, следовательно, длину пробега при посадке.

На современных самолетах для увеличения С_у устанавливают закрылки – расположенные в хвостовой части крыла, а также предкрылки или отклоняющийся носок, расположенные в носовой части крыла.

Флапероны - отклоняемые поверхности, расположенные на задней кромке крыла, которые могут работать в режимеэлеронов и в режиме закрылков.

Интерцепторы - отклоняемые поверхности, расположенные на верхней поверхности крыла перед закрылками, ближе к концам крыла, используемые для поперечного управления, отклоняются по одному только с той стороны, в которую необходимо создать крен.

Тормозные щитки - отклоняемые поверхности, расположенные на верхней поверхности крыла перед закрылкамиближе к борту фюзеляжа, отклоняемыесинхронно, повышают эффективность торможения колес при посадке и сопротивление.