СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ЛОБОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ САМОЛЕТА

Для уменьшения сопротивления частей самолета в настоящее время применяются следующие основные мероприятия.

Крыло

1. Переход на свободнонесущие монопланные конструкции крыльев.

2.Уменьшение площади крыльев за счет увеличения нагрузки на 1 м2.

3. Отказ от гофрированной обшивки с большим сопротивлением трения и замена ее гладкой, полированной. Это дает уменьшение сопротивления крыла на 10—15% и увеличение максимальной скорости самолета до 5%, на обшивке крыла не должно быть никаких выступов, отверстий, не перекрытых щелей и вмятин. Особенно большое сопротивление’ создают головки заклепок, заклепочные швы и т. п., поэтому на всех новых самолетах заклепки ставятся впотай.

4.Применение зализов и обтекателей в местах переходов от крыла к фюзеляжу.

Фюзеляж

1.Дальнейшее улучшение обтекаемости путем: уменьшения миделя (Ми́дель, ми́делевое сече́ние (от нидерл. middel, буквально — средний, середина) — наибольшее по площади поперечное сечение тела, движущегося в воде или воздухеМи́дель, ми́делевое сече́ние (от нидерл. middel, буквально — средний, середина) — наибольшее по площади поперечное сечение тела, движущегося в воде или воздухе), применения хорошо обтекаемых форм, устранения выступающих частей и отверстий, применения гладкой обшивки и зеркальной полировки ее поверхности.

2.Широкое применение обтекателей на всех узлах и сопряжениях с другими частями самолета.

Двигательная установка

1.Уменьшение габаритов двигателей, в особенности звездообразных воздушного охлаждения.

2.Широкое применение кольцевых обтекателей и капотов на моторах и улучшение аэродинамике капотов рядных авиадвигателей.

3.Уменьшение габаритов радиаторов путем перехода па охлаждение высококипящими жидкостями, усовершенствование и применение тоннельных радиаторов и крыльевых — с поверхностным охлаждением.

Шасси

Реконструкция шасси, осуществляемая отказом от громоздких много- подкосных шасси и переходом к новым типам: консольному (одно подкосному), пирамидальному и убирающемуся в полете внутрь крыльев или фюзеляжа.

Убирающееся шасси, повышает максимальную скорость полета на 15—20%, а замена много подкосного шасси одно подкосным увеличивает скорость на 8—10%.

Хвостовое оперение

1. Применение тонких профилей и зеркальная полировка поверхности. Тщательное перекрытие всех щелей между неподвижными и подвижными частями.

2.Отказ от применения роговой и осевой компенсаций для разгрузки управления. Широкое применение внутренних кабанчиков управления и внутренней проводки к ним.

3. Устройство зализов в местах стыка частей оперения с фюзеляжем.

ПОДЪЕМНАЯ СИЛА

Подъёмная сила — одна из составляющих полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости движения тела в потоке жидкости или газа, возникающая в результате несимметричности обтекания тела потоком.

Рисунок 6. Направление подъемной силы

Опытным путем Бернулли установил, что статическое давление в потоке жидкости или газа обратно пропорционально скорости потока в данной точке, что означает то, что в тех точках, где скорость потока выше давление – ниже. На практике легче понять это выражение на примере: когда у входа на эскалатор на станции метро образуется большое столпотворение людей, то возникает давка (перед эскалатором), а когда вы входите на эскалатор и начинаете подниматься, то на ступени стоит максимум 2 человека и скорость вашего движения выше, а т. н. «столпотворение» (давление) ниже.

Так «действует» и жидкость в трубе переменного поперечного сечения. А теперь, мысленно можно представить себе, что данную трубу «развернули» и разложили на 2 поверхности, как крыло самолета. Одна из них (верхняя) имеет большую кривизну (выпуклость), а нижняя имеет меньшую выпуклость ( практически ровная). Так получаем, согласно уравнению неразрывности струи потока жидкости (или газа) уже понятное физическое явление – разность давлений на верхней и нижней части крыла. Получаем, что на нижней поверхности скорость потока ниже и статическое давление выше, а на верхней части статическое давление ниже (т.к. скорость потока выше, ввиду геометрической разности длин). Это простое объяснение для крыла классического профиля и бесконечно большого размаха.

В жизни такое крыло сделать нереально. Поэтому применим математические свойства к решению данной задачи: конечный размах, нормальный вектор к профилю, граница профиля, величину давления, тогда получим следующее выражение:

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВС ГА

В соответствии с кодексом Международной авиационной федерации летательные аппараты делятся на классы, например:

- класс А - свободные аэростаты;

- класс В - дирижабли;

- класс С - воздушные суда, вертолеты, гидросамолеты и т.д;

- ......;

- класс S - космические модели.

Помимо этого, класс С делится на четыре группы, в зависимости от силовой установки. Также, все гражданские воздушные суда группируют по классам в зависимости от их взлетной массы:

- класс первый - 75 т и более;

- класс второй - 30-75 т;

- класс третий - 10-30 т;

- класс четвертый - до 10 т.

Тип воздушного судна - это категория, объединяющая определенные классы воздушных судов обусловленных технико-экономическими характеристиками.

Воздушное судно - летательный аппарат, поддерживаемый в атмосфере за счет его взаимодействия с воздухом, отличным от взаимодействия с воздухом, отраженным от земной поверхности.

Самолет - летательный аппарат тяжелее воздуха для полетов в атмосфере с помощью силовой установки создающей тягу и неподвижного крыла, на котором при движении в воздушной среде образуется аэродинамическая подъемная сила.

Самолеты можно классифицировать по множеству признаков, однако они взаимосвязаны и образуют единую систему воздушных судов, которая находится в постоянном движении под воздействием множества рыночных факторов.

Классификация воздушных судов возможна в зависимости от характеристики аэродинамической схемы, под которой понимают некоторую систему несущих поверхностей воздушного судна. В системе несущих поверхностей имеются главные поверхности - крылья, создающие основную долю аэродинамической подъемной силы, и вспомогательные поверхности - оперение, предназначенное для стабилизации воздушного суда и управления его полетом. Различают следующие виды аэродинамических схем, в соответствии с рисунком 7.

Рисунок 7 - Аэродинамические схемы воздушных судов

Воздушные суда по отдельным признакам аэродинамической схемы классифицируются в первую очередь по конструктивным характеристикам крыла, в соответствии с рисунком 8.

Также воздушные судна, возможно, классифицировать по схеме фюзеляжа - в зависимости от типа силовых элементов, в зависимости от конструктивных характеристик шасси - которые различают по расположению опор шасси, по силовой установке - в зависимости от типа двигателя, количества двигателей и их расположения.

Рисунок 8 - Конструктивные характеристики крыла воздушных судов

Особое значение для гражданской авиации имеет классификация воздушных судов в зависимости от их дальности полета, в соответствии с рисунком 9:

- ближнее магистральное (основных авиалиний) воздушное судно, с дальностью полета - 1000-2500 км;

- среднее магистральное воздушное судно, с дальностью полета - 2500-6000 км;

- дальнее магистральное воздушное судно, с дальностью полета свыше 6000 км.

Рисунок 9 - Классификация воздушных судов
в зависимости от зон дальности

Россия - страна протяженностью почти 10 000 км, и конечно необходимы дальние магистральные, средние магистральные и региональные воздушные суда. Модельный ряд выпускаемых российскими авиапредприятиями воздушных судов выглядит следующим образом.

Дальние магистральные воздушные суда типа Ил-96-300, Ил-96-400М, Ту-204-300 позволяющие перевозить от 164-436 пассажиров в зависимости от компоновки пассажирского салона на расстояние до 6500 км.

Средние магистральные воздушные суда типа Ту-134, Ту-204-100, Ту-204СМ, Ту-214, SSJ-100, а также приоритетная программа по выпуску МС-21-200 (до 150 пассажиров), МС-21-300 (до 180 пассажиров) и МС-21-400 (210 пассажиров) и Ан-148 позволяют перевозить 160-210 пассажиров, дальность полета до 4300 км [26, 27, 28, 29, 30. 31, 32, 33].

В ближнем магистральном сегменте имеется машина «Гражданских Самолетов Сухого» (ГСС) в основной размерности 95 кресел.

Региональная авиация располагает воздушными судами, типа Ан-140 с вместительностью 50-ти кресел, Ан-38 - 30-ти местное воздушное судно.