Главная

Болезни ЖКТ

Зона турбулентности: сломанные крылья Родины. Назначения и особенности конструкции гондол и пилонов самолета

Зона турбулентности: сломанные крылья Родины. Назначения и особенности конструкции гондол и пилонов самолета

Страница 1

Компоновка двигателей на самолете весьма разнообразна. Выбор той или иной схемы определяется типом двигателей, их числом и габаритами, а также типом самолета, его летно-техническими данными и условиями базирования. Некоторые возможные схемы размещения двигателей на самолете показаны на рис. 1

1.Размещение двигателей в фюзеляже (рис. 1, а-д) обеспечивает самолету минимальное дополнительное сопротивление от двигательной установки и небольшое влияние на устойчивость и управляемость самолета. При этом практически отсутствует влияние струи выхлопных газов на хвостовое оперение. Вес конструкции узлов крепления двигателя получается небольшим.

Воздух к двигателю подается по каналам от воздухозаборников, которые могут быть расположены в носовой части фюзеляжа (а), по бокам фюзеляжа (б), в корневых частях крыла (в) или сверху фюзеляжа (г, д).

Наиболее высокую степень использования скоростного напора обеспечивает лобовой воздухозаборник (рис. 1, а), так как он обтекается невозмущенным потоком. При большой длине фюзеляжа могут оказаться более выгодными боковые, крыльевые или верхние воздухозаборники. Применение таких входных устройств способствует уменьшению длины воздушных каналов. При этом также упрощается размещение агрегатов оборудования и вооружения в носовой части фюзеляжа и улучшается обзор экипажу.

Для снижения потерь на входе в воздухозаборник предусматривают систему отсоса пограничного слоя.

К недостаткам крыльевых и верхних заборников следует отнести дополнительные потери скоростного напора на поворот струи и утяжеление конструкции, связанное с компенсацией вырезов, образованных в крыле и фюзеляже для прохода воздушных каналов.

Размещение двигателей на крыле (рис. 1, г-з, к).

Двигатели могут располагаться в корневой части крыла или на консоли. К достоинствам расположения двигателей в корневой части крыла (е, ж) следует отнести сравнительно небольшое дополнительное сопротивление, обусловленное их установкой, и малое влияние на балансировку самолета отказа одного из двигателей. При этом двигатели могут располагаться либо позади основного силового набора крыла (е), либо внутри силового кессона (іт)- В последнем случае они лучше вписываются в обводы крыла, но вес конструкции получается большим, главным образом, из-за необходимости создания монтажных люков в силовых панелях, крыла.

К недостаткам расположения двигателей в корне крыла следует отнести значительные вибрационные нагрузки обшивки фюзеляжа от реактивной струи, высокий уровень шума в кабине, опасность распространения пожара от двигателей на кабину и топливные отсеки.

При расположении двигателей в средней части и на конце крыла (з) эти недостатки частично устраняются. Двигатели, разнесенные по размаху крыла, обеспечивают разгрузку крыла в полете, благодаря чему вес конструкции крыла снижается.

Широкое распространение получила схема с расположением двигателей на пилонах под крылом (к). К достоинствам такой схемы можно отнести следующее:

Высокое аэродинамическое качество крыла;

Малые потери на всасывании (лобовой воздухозаборник) и на выхлопе (нет удлинительной трубы);

Увеличение критической скорости флаттера за счет смещения вперед центров тяжести сечений крыла, в которых размещены двигатели;

Удобные подходы к двигателю.

В то же время размещение двигателей на пилонах имеет и недостатки:

Увеличивается сопротивление самолета;

Тяга двигателей оказывает влияние не только на путевую, но и на продольную устойчивость самолета;

Увеличивается высота шасси, особенно на самолетах со стреловидным крылом, имеющим отрицательное поперечное V;

Увеличивается вероятность выхода из строя двигателей из-за попадания в воздухозаборники твердых частиц с поверхности аэродрома.

Размещение двигателей на горизонтальных пилонах по бокам хвостовой части фюзеляжа (рис. 1 и).

Самолет - одно из самых гениальных изобретений человечества. Всегда, со времени первых полетов, он находился в некотором смысле в привилегированном положении. Очень многие, самые передовые, достижения науки и техники находили применение в конструкции этого чуда человеческой мысли, стремительно изменяя его внешний облик и летные качества.

Мы тут с вами обсуждали ГДР-овский самолет BB-152, и вот что я вам скажу как авиационный инженер по образованию: этот самый 152-й выглядит с точки зрения компоновки весьма разумным даже с высоты современного опыта.

Необычные спаренные мотор-гондолы на пилонах - на самом деле были широко распространены в те годы, вы можете их увидеть на Б-52, равно как и схему такого вот высокоплана со стреловидными крыльями.

Более того — благодаря такой компоновке впоследствии пары моторов АЛ-5 тягой 5 тонн каждый можно было бы без особых проблем заменить на одиночные 10-тонные моторы Д30К - получился бы гармоничный двухмоторный аппарат.

Собственно, такая компоновка в момент, когда все дрочили сначала на моторы в корне крыла, а потом на хвостовое расположение моторов - это просто прозрение какое-то. Немцы всё-таки отличные инженеры. И да - при такой компоновке не только значительно тише в салоне, но и нагрузка на крыло распределяется оптимальнее.

Конечно - высокоплан в пассажирской авиации не особо прижился, но в транспортной - до сих пор общее место. И неспроста.

В авиационной науке и авиастроении уже давно существует деление самолетов в зависимости от расположения крыла по отношению к фюзеляжу на высокопланы, среднепланы и низкопланы (разумеется, если это крыло единственное). Причем среднепланы — это достаточно глупая схема из конструкционных соображений (вам придется либо проткнуть лонжеронами крыла фюзеляж в самом его центре, либо чрезмерно усиливать центроплан — а это всё лишняя масса и неудобство компоновки). Поэтому фактически имеет смысл углубляться только в достоинства и недостатки двух крайних схем — высокоплана и низкоплана.

В среднем при прочих равных условиях за счет меньшей интерференции крыла с фюзеляжем высокоплан имеет аэродинамическое качество на 4-5% выше, чем низкоплан.

Кроме того, у высокоплана гораздо выше поперечная и даже продольная устойчивость. Он менее охотно скользит на крыло и неохотно кренится. Именно поэтому истребители выполняются низкопланами — у них важна маневренность, а она выше у низкоплана.

Отчего же сейчас пассажирские самолеты стремятся сделать низкопланами? Ведь у высокоплана выше аэродинамическое качество (то есть ниже сопротивление полету и лучше экономичность)? Причина в трех моментах:

1. Из-за своей неповоротливости высокоплан вынуждает делать вертикальные и горизонтальные управляющие плоскости (рули высоты и направления) большей площади. Это увеличивает их сопротивление.

2. У высокоплана наблюдается неприятный эффект, когда при увеличении тангажа горизонтальное оперение (хвост, стабилизатор) попадают в турбулентную струю, сходящую с крыла. У низкопланов этот эффект можно ликвидировать практически полностью для всех разумных углов атаки.

3. И наконец, низкоплан имеет достаточно выраженный Ground-эффект крыла — то есть при приближении к поверхности подъемная сила крыла самопроизвольно возрастает, помогая смягчить момент касания посадочной полосы. У высокоплана этот эффект практически отсутствует. При обычной эксплуатации этот эффект не очень существенен — но вот при вынужденной посадке, снижение посадочной скорости на несколько десятков км/ч может спасти людей.

Высокое расположение крыла и низкое расположение фюзеляжа относительно земли позволяет успешнее решать задачи загрузки полезных грузов. Поэтому рамповые транспортники — сплошь высокопланы.

С другой стороны, крупные пассажирские самолеты — почти сплошь низкопланы. Кроме описанных трех причин, еще одна — это возможность посадки на воду. Крыло практически всегда содержит в себе герметичные баки-кессоны для топлива. Поэтому при аварийной посадке на воду самолет-низкоплан сохраняет достаточную плавучесть, удерживающую фюзеляж над водой и позволяющую повысить шансы пассажиров на спасение. Это качество является обязательным условием возможности эксплуатации для средне- и дальнемагистральных пассажирских лайнеров.

Опять же в низкоплане удобно размещать шасси — оно получается коротким и может убираться в корневые части крыльев. На высокоплане приходится извращаться — например так, как было сделано у немцев, и как сделано на самолетах Мясищева 3М:

Видите, как всё непросто?

Министерство образования Украины

Государственная летная академия Украины

Контрольная работа

по дисциплине

основы конструкции авиационной техники

«Назначения и особенности конструкции гондол и пилонов самолета»

Выполнил курсант 662 к/о

Никашин В.Н.

Проверил преподаватель:

Соболь О.Ю

Кировоград 2008

1. Размещение двигателей в фюзеляже;

2. Размещение двигателей на крыле;

3. Размещение двигателей на горизонтальных пилонах по бокам хвостовой части фюзеляжа;

4. Гондолы и пилоны;

5. Силовые схемы гондол;

6. Прочность гондол, пилонов;

7. Литература.

Для снижения потерь на входе в воздухозаборник предусматривают систему отсоса пограничного слоя.

2. Размещение двигателей на крыле (рис. 1, г-з, к).

Высокое аэродинамическое качество крыла;

Малые потери на всасывании (лобовой воздухозаборник) и на выхлопе (нет удлинительной трубы);

Удобные подходы к двигателю.

В то же время размещение двигателей на пилонах имеет и недостатки:

Увеличивается сопротивление самолета;

Тяга двигателей оказывает влияние не только на путевую, но и на продольную устойчивость самолета;

3. Размещение двигателей на горизонтальных пилонах по бокам хвостовой части фюзеляжа (рис. 1 и).

Эта схема имеет следующие достоинства:

Отсутствие на крыле гондол способствует повышению его аэродинамического качества и более эффективному использованию механизации;

Близость двигателей к плоскости симметрии самолета облегчает, полет при отказе одного из них;

Объем крыла освобождается для размещения топлива;

Снижается уровень шума и вибраций в кабине;

Снижается возможность попадания в двигатель частиц грунта во время пробега и разбега самолета.

Вместе с тем, эта схема приводит к некоторому увеличению веса конструкции фюзеляжа и веса крыла, которое в этом случае не имеет разгрузки от массовых сил двигателей.

Рис.1 Схемы размещения двигателей на самолете.

4. Гондолы и пилоны.

Для уменьшения лобового сопротивления двигатели и присоединенные к ним агрегаты заключаются в обтекаемые гондолы. Гондолы предохраняют двигатель и его агрегаты от коррозии, загрязнения и механических повреждений. Воздухозаборник гондолы обеспечивает использование кинетической энергии набегающего потока и подвод к двигателю воздуха с выравниванием поля скоростей для нормальной работы компрессора ВРД
или охлаждения поршневого двигателя.

Рис. 2. Схема нагружения стержневого крепления ТВД:

P x , P y , P z - нагрузки, действующие на ДУ; Р 1 x , P 1 y , P 1 z - силы, воспринимаемые передними узлами фермы; Р г - сила, воспринимаемая задними узлами фермы; M y г М z г - гироскопические моменты; М x д - реактивный момент

Рис. 3. Конструкция несимметричного крепления двигательных установок к фюзеляжу (Ту-154):

2 - силовые шпангоуты гондолы; 3- продольная балка; 4, 5, б - подкосы передней плоскости крепления двигателя; 7- продольный подкос; 8, 9-подкосы задней плоскости крепления двигателя; 10 - шаровой шарнир заднего крепления; Il - шаровой шарнир крепления подкоса к цапфе двигателя; 12, 13 - узлы крепления силовых шпангоутов гондолы к фюзеляжу. Конструкция, непосредственно закрывающая двигатель, называется капотом. Гондолы должны обеспечивать удобный доступ к двигателю и агрегатам, расположенным на нем, для осмотра, замены и технического обслуживания. Для этого они имеют системы легко-съемных или откидных крышек. Гондолы двигателей представляют собой тонкостенные конструкции, аналогичные конструкции фюзеляжа.

5. Силовые схемы гондол могут быть двух типов.

Гондола полумонококовой конструкции состоит из жестких панелей, образующих замкнутую силовую оболочку. Такая конструкция воспринимает воздушные нагрузки и массовые силы и крепится к планеру или подвеске двигателя. Нагрузки же от двигателя передаются на планер (непосредственно на крыло, фюзеляж или пилон).

Каркасная конструкция отличается тем, что имеет силовой каркас. Гондола такой конструкции воспринимает также нагрузки от двигателя и передает их на планер.

На рис. 4 показана гондола ТРД на вертикальном пилоне под крылом. На рисунке видно сходство конструкций гондолы и фюзеляжа, пилона и крыла.

Особенностью конструкции и компоновки гондол ТВД является специфическая конфигурация передней части, обусловленная наличием обтекателя втулки винта и редуктора.

6. Прочность гондол, пилонов и креплений оборудования силовых установок.

Гондолы двигателей, воздухозаборники, которые нагружаются в основном аэродинамическими силами, особенно значительными при действии скоростного напора q max max в случаях нагружения А" и D". Поэтому их конструкция сходна с конструкцией фюзеляжа. Для глушения шума от двигателя используется трехслойная обшивка с сотовым заполнителем.

Конструкции пилонов имеют те же внутренние силовые элементы, что и конструкция крыла, достаточно сильные для восприятия больших нагрузок от двигательной установки и гондолы и передачи их на крыло или фюзеляж.

Прочность конструкции и креплений оборудования силовых установок (баки, трубопроводы, агрегаты) проверяется в соответствии со случаями нагружения по НЛГС частей планера ЛА, где они установлены.

Поскольку гондолы, пилоны и части оборудования силовых установок непосредственно соединяются с двигателем, они испытывают

значительные вибрационные воздействия, что может сказаться на состоянии конструкции (ослабление затяжки болтов и заклепок, образование люфтов и трещин) и ресурсе. Поэтому необходимо принимать меры защиты от вибраций.

Рис. 4. Гондола ТРД на вертикальном пилоне под крылом

Литература:

1. Конструкция и прочность самолетов, В.Н.Зайцев, Г.Н. Ночевкин – Киев 1974 г.

В настоящее время мы, россияне, продолжаем летать на «Боингах» и «Аэробусах», которые составляют основу парка отечественных авиакомпаний. И на каждом шагу продолжается реклама «забугорных» самолётов. Но безопасно ли на них летать? Попробуем разобраться.

Когда российские пассажиры, отправляясь в отпуск или командировку, садятся на борт западного лайнера, то первая мысль, которая закономерно возникает у них – исправен ли самолёт? Сумеет ли он долететь до места назначения?

Нужно признать, что опасения пассажиров насчёт безопасности полётов более чем оправданы – Запад никогда не станет продавать России новую авиатехнику! Наши конкуренты будут душить российский авиапром! И в данной статье необходимо сравнить лётно-технические качества и прочность отечественной и зарубежной авиатехники.

Первое, что бросается в глаза – это низкое расположение двигателей под крыльями и малый клиренс от нижней части «движков» до земли у зарубежных самолётов. Ведь при взлёте и посадке велика вероятность попадания в воздухозаборник посторонних предметов, а это чревато катастрофой. Кроме того, учитывая наши суровые метеоусловия, российские лайнеры оснащены более надёжными и неприхотливыми двигателями. О максимальной скорости самолётов и говорить не приходится – так, у Ту-154 она составляет 950 км/ч., Ан-148 – 870 км/ч. В свою очередь, «Боинг» Б-737-800 развивает скорость лишь до 850 км/ч., «Аэробус» А-320neo – до 870 км/ч.

Оставляет желать лучшего и прочность западных лайнеров. Как известно, они не могут нормально сесть на неподготовленные и грунтовые аэродромы, коих в России хватает, а благополучная посадка Ту-154М в Ижме 7 сентября 2010 года весьма красноречиво показывает, что отечественные самолёты сделаны на совесть. Ещё одно происшествие с участием Ту-154М до сих пор упорно замалчивается мировыми СМИ. Так, 26 сентября 2006 года в аэропорту «Манас» (Киргизия) столкнулись взлетавший Ту-154М и загородивший ему полосу американский заправщик КС-135. При ударе «американец» тут же загорелся и после пожара восстановлению не подлежал. А легендарный «Туполев» лишился части плоскости крыла, но сумел благополучно сесть на аэродром. И после ремонта до сих пор летает!.

Кроме того, вспомним катастрофу 2 апреля 2012 года франко-итальянского турбовинтового самолёта АТR-72 авиакомпании «ЮТейр» под Тюменью. Эта нежная, капризная машина может эксплуатироваться только в южных широтах, и, по существу, не является конкурентом не только новым российско-украинским Ан-140, но и старым добрым Ан-24. Катастрофы, произошедшие с участием АТR-72 (всего потеряно 19 машин), подтвердили опасность его эксплуатации в сложных метеоусловиях, так как главными причинами аварий стали проблемы с двигателями и обледенение конструкции. И после этих инцидентов АТR-72 за рубежом в северных широтах больше не эксплуатируется.

Серьёзным недостатком у западных самолётов является их ограничения в эксплуатации по климату и влажности воздуха. Например, во время испытаний Ту-334 в Иране, в горной местности в разрежённом и горячем воздухе, причём отечественная машина взлетала даже на одном двигателе. При этом зарубежные самолёты выполняют рейсы в жару только по ночам, так как двигателям не хватает мощности. Кроме того, при температуре ниже -30 градусов по Цельсию «Боинги», «Бомбардье» и другие западные лайнеры также не могут эксплуатироваться.
Также аэродинамика и прочность отечественных самолётов позволяют им значительно меньше реагировать на внешние источники возмущения: при попадании в зону турбулентности дискомфорт в них почти не ощущается.

Много пишут о «комфортабельности» зарубежных машин. К примеру, система кондиционирования функционирует настолько плохо, что её отключение в полёте зачастую либо не представляется возможным, либо кондиционер не удаётся включить вовсе. О тесноте в салоне и говорить не приходится. Вот отзыв пассажирки о самолёте «Embraer» E-195 бразильского производства авиакомпании «Саратовские авиалинии», которая в августе нынешнего года обратилась к руководству авиаперевозчика с просьбой улучшить техническое состояние воздушного парка:
«…Мы вылетели из Москвы рейсом “6W-775” компании “Саратовские авиалинии” в Саратов. На самолёт я опаздывала, приехал автобус за опоздавшими, нас четыре человека было, когда подъехали к самолёту, было видно, что его проверяли, но в самолёте уже было очень душно. Так и эта духота осталась на протяжении всего полёта, мужчина в хвосте сказал стюардессе, чтобы включили кондиционер, так как из-за набора высоты и снижения ему стало плохо, мне также стало плохо, как бы не хватало воздуха, и из-за перепадов высоты давление сильно поднялось.

Когда начался взлёт, мы попали в зону сильной турбулентности. Самолёт начало сильно трясти. Причем трясло его долгое время. Я понимаю, что так долго самолёт трястись не может. Неожиданно он начал снижаться. В итоге, мы летели не в облаках, а под ними. Все пассажиры могли видеть землю. Нам сказали, чтобы мы закрыли все окошки, и не ходили по салону. Нас очень сильно трясло. Это было нам понятно, тем более сам командир нам об этом объявил!

После этого все пассажиры начали жаловаться, чтобы включили кондиционер. Стюардесса обещала исправить это, но в итоге никто ничего не включил. Весь полёт в салоне самолёта было жарко, была невозможная духота.

Мы всё-таки сели. Хочу поблагодарить за профессионализм командира этого рейса, который очень достойно посадил самолёт. И сказать «спасибо, что долетели!». Когда мы приземлились, никто не хлопал в ладоши, как это обычно бывает, потому что все, наверное, находились в шоковом состоянии. Никто не вставал с места и не включал телефоны до тех пор, пока не вышел командир – весь мокрый и бледный – он сказал: “можете вставать”, когда уже трап подогнали к самолёту, и тогда все начали потихоньку выходить».

Кроме того, у западных лайнеров имеется ещё одна «ахиллесова пята» – это управление самолётом с помощью компьютера. В этом случае велика вероятность, что по чьей-то зловредной команде сработает тайная программа, вирус – тем самым вырубится жизненно важный электронный блок и самолёт обречён. История напоминает – ещё в 1980-х годах президент Ирака Саддам Хусейн покупал у французов комплексы ПВО. И перед началом воздушного этапа операции НАТО «Буря в пустыне» (1991 год) в Ираке все эти зенитные системы в одночасье были выведены из строя по команде со спутника.

Однако, до сих пор упорно игнорируется то обстоятельство, что в РФ успешно эксплуатируются отечественные самолёты Ан-148 (числятся в авиакомпаниях «Ангара» и «Саратовские авиалинии»), Як-42Д (авиакомпании «Ижавиа», «Саратовские авиалинии», «КрасАвиа» и др.), Ту-204-100 (авиакомпания «Ред Вингс»). Следовательно, Россия должна быть великой авиационной державой. Иначе страны не будет как таковой. Сегодня мы самое большое по площади государство с слабой транспортной инфраструктурой. Таким образом, проблемы отечественной авиации из экономической плоскости перерастают в проблему национальной безопасности.

Таким образом, если западные авиационные корпорации объявят России экономическую войну, мы, конечно, сможем восстановить отечественное гражданское самолётостроение. Но не столь ударными темпами, так как это высокотехнологичная инновационная отрасль. Разрушать российский авиапром, напомним, начал ещё в начале 1990-х годов Егор Гайдар. Будучи премьер-министром, он цинично заявлял, что гражданское авиастроение – это, мол, слишком затратное дело для российской экономики. Результаты этой разрушительной политики – налицо…

Отсутствие воздушного винта, относительно небольшая масса, сравнительно простые конструкция и обслуживание реактивных двигательных установок позволяют размещать 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 (Т. 188, 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 концах крыла («Тридан», М-50, VJ-101C); в самолете VJ-101C использованы двухдвигатель- ные, а в остальных-индивидуальные гондолы;

– в гондоле, вмещающей шесть двигателей и расположенной под хвостовой частью фюзеляжа и корневыми частями крыла;

– в индивидуальных гондолах, размещенных над хвостовой частью фюзеляжа с обеих сторон вертикального оперения.

Остальные самолеты построены по од- но- и двухдвигательной схемам с двигателями, размещенными в хвостовой части фюзеляжа.

Классической для двухдвигательных самолетов можно считать схему с двигателями, размещенными в фюзеляже рядом, хотя построены также и самолеты с двигателями, расположенными один над другим («Лайтнинг», SR.53), друг за другом (в самолете «Скайрокет» с комбинированной двигательной установкой турбореактивный двигатель размещен в средней части фюзеляжа, а ракетный – в его хвосте), а также один в другом («Гриффон» II и «Ледюк» 022, где турбореактивные двигатели установлены соосно внутри прямоточных). Пять из остальных двухдвигательных 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 потери давления на входе в компрессор двигателя;

– разгружение 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 противофлат- терного 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 приемлемого уровня вибрации, сопутствующие воздействию выхлопных газов на обшивку крыла.

Рис. 1.43. Схемы размещения двигателей в сверхзвуковых самолетах.

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 размещается 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 и 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 «Лайтнинг». При проектировании этого самолета оказалось, что проблема размещения двух двигателей при условиях наименьшей площади миде- лева 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.

Разделы