Аэродинамический расчет самолета

В задачу аэродинамического расчета входит определение, в зависимости от действующих на самолет внешних сил, кинематических параметров установившегося движения центра масс самолета, т.е. его летно-технических характеристик (ЛТХ). К ЛТХ относится максимальная скорость горизонтального установившегося полета на разных высотах, предельно возможная высота горизонтального полета, время подъема самолета на различные высоты (если движение при подъеме принимать как установившееся), дальность полета самолета и т.д.

Рассмотрим уравнения движения прямолинейного установившегося полета при наборе высоты без крена искольжения (вертикальная плоскость)

P cos (α + φ) = X + m g sin θ;

Y + P sin (α + φ) = m g sin θ, (1.1)

где α - угол между продольной осью Ох самолета и проекцией скорости V на плоскость симметрии самолета;

φ - угол между силой тяги двигателя Р и средней хордой крыла;

θ - угол наклона траектории образован направлением скорости V и местной горизонтальной плоскостью.

Так как в условиях решаемой задачи угол наклона траектории невелик (θ < 20˚), а угол (α + φ) относительно мал, то можно принять, что

P · cos (α + φ) = Р, P · sin (α + φ) = 0, cos θ = 1.

В этом случае уравнения движения примут вид

Р = X + m · g · sin · θ; Y = m ·g. (1.2)

Скорость или число M полета из второго уравнения

или ; (1.3)

; ,

где ρ_Н - атмосферное давление на высоте Н; Н = 11000 м.

м/с; ,

Как видно, скорость полета, потребная при заданном значении с_у, в первом приближении (пренебрегаем составляющей силы тяги P · sin (α + φ)) не зависит от тяги двигателя, а значит, зависит только от значения с_у. Необходимое условие установившегося полета - равновесие моментов сил, действующих на самолет,- выполняется летчиком путем соответствующего отклонения руля высоты.

Из первого уравнения системы (1.2), имеем sin θ = (P-X)/m·g, где аэродинамическое сопротивление X принимая равным потребной тяге Р_n, получим

sin θ = (Р-Р_n) /m·g = Δρ/m·g (1.4)

Из (1.4) следует, что для того, чтобы выполнить полет по траектории, летчик должен посредством рычага управления двигателем обеспечить необходимую (располагаемую) силу тяги Р.

Таким образом, в первом приближении скорость полета зависит от значения с_у, а наклон траектории к горизонту - от величины силы тяги двигателя Р.

Сила тяги двигателя в общем случае зависит от скорости и высоты полета и от положения дросселя. Обычно эта зависимость (для наглядности) задается графически в виде сетки кривых Р(М,Н) или P(V,H) для различных положений дросселя или аналитически.

В основе всех методов аэродинамического расчета лежит сопоставление значения какого-либо параметра, потребного для осуществления выбранного режима полета, со значением этого же параметра, которое обеспечивает двигатель, т.е. располагаемой величиной параметра. Очевидно, равенство потребной и располагаемой величин выбранного параметра является условием установившегося движения. В качестве параметра можно выбрать, например, силу тяги или мощность, развиваемую двигателем, расход топлива и др.

Метод аэродинамического расчета, основанный на сравнении величин потребной и располагаемой тяг (метод тяг), построенный Н.Е.Жуковским, - основной метод аэродинамического расчета.

В методе тяг условием установившегося полета является равенство потребной и располагаемой сил тяги.

Таблица 1 – Исходные данные на самолёт Ан-124

Наименование параметров	Обозначение, размерность	Числовое значение
Страна Экипаж Число мест пассажиров	nж nпас	СССР -
Размах крыла Площадь крыла Стреловидность крыла Относительная толщина крыла: корн. / концев. Диаметр фюзеляжа	l, м S, м2 χ0,25, град Dф, м	73,3 0,14 / 0,10 8,7
Число и тип двигателей Взлётная тяга одного двигателя Взлётная мощность одного двигателя	nдв Ро, даН Nо, кВт	4, ТРДД -
Взлетная масса самолёта Масса пустого снаряженного самолёта Платная нагрузка Запас топлива	mо, кг mп.сн., кг mпл, кг mт, кг
Дальность полёта Крейсерская скорость Крейсерская высота полёта Скорость при заходе на посадку Длина взлётной дорожки Длина посадочной дорожки	L, км Vкрейс, км/ч H, км Vзах, км/ч Iвзл, м Iпос, м

Таблица 2 – Величины стандартной атмосферы