Расчет взлетной массы сверхлегкого самолета во втором приближении

Особенности расчета масс отдельных частей СЛА во втором приближении

Целью этого этапа расчета является более точное, по сравнению с первым приближением, определение масс отдельных частей и всего СЛА в целом. Основная особенность данного этапа расчета состоит в учете зависимостей масс отдельных частей от взлетной массы тo, расчетной перегрузки np и основных геометрических размеров СЛА.

Сложность определения масс отдельных частей обусловлена тем, что обычно используемые при расчетах отработанные многолетней практикой формулы "большой авиации" для сверхлегких самолетов являются неприемлемыми. Это объясняется тем, что масса, прочность и особенно жесткость частей ЛА изменяются непропорционально уменьшению его геометрических размеров. В конструкции СЛА имеется много элементов, размеры которых определяются не расчетами, а по "конструктивным соображениям". Так, например, обшивка крыла и фюзеляжа, стенки нервюр и шпангоутов имеют обычно гораздо большую толщину, чем требуется по расчету. Это относится и к ряду несиловых элементов конструкции фюзеляжа и особенно кабины пилота, масса которых падает медленнее и потому, что массы многих элементов, независимо от взлетной массы СЛА, остаются почти неизменными. Так, например, практически неизменной остается масса пилотского кресла. И, если на современном пассажирском самолете его относительная масса составляет всего 0,001...0,002 и существенного влияния на общий баланс масс не оказывает, то на СЛА относительная масса того же кресла уже равна 0,04... 0,06 и становится соизмеримой с относительной массой оперения, шасси, двигателя или топлива.

Медленно снижается с уменьшением геометрических размеров самолета масса фюзеляжа и особенно пилотской кабины с необходимыми элементами системы управления и оборудования.

Теоретические расчеты и обработка статистических материалов по СЛА позволили выработать достаточно достоверные формулы для определения масс крыла и оперения, чего нельзя сказать относительно определения массы фюзеляжа.

Расчет массы крыла

Масса свободнонесущего (без подкосов) крыла СЛА может быть рассчитана как среднее арифметическое результатов, полученных по двум приведенным ниже формулам:



Расчет массы крыла мотопланеров и СЛА с крылом большого удлинения и массой 300... 500 кг можно проводить и по формуле, предложенной Чернобровкиным,



В этих формулах m_кр-масса крыла; k_м-коэффициент, учитывающий марку основного материала конструкции крыла, k_м =0,8-для Д-16Т, k_м =1 -для дерева, k_м =0,7 -при применении композиционных материалов (угле - и боропластиков); m_o-взлетная масса СЛА в первом приближении; n_p - расчетная перегрузка; l - размах крыла; S-площадь крыла; -удлинение крыла; -сужение крыла; с-относительная толщина профиля в корневой части крыла.

К моменту определения масс частей самолета во втором приближении крыло еще не спроектировано, поэтому приведенные выше формулы (2. 1), (2. 2) и (2. 3) не учитывают его конструктивного выполнения. Однако если автором проекта эти вопросы проработаны, то полученный по формулам результат может быть несколько скорректирован.

Расчет массы фюзеляжа

С уменьшением взлетной массы самолета относительная масса фюзеляжа резко возрастает и для СЛА ф=0,15... 0,25.

Во втором приближении массу фюзеляжа СЛА (в кг) можно определить по формуле



где S _{п. ф}-площадь поверхности фюзеляжа; S_фон-площадь поверхности фонаря.

Последнее слагаемое формулы (2. 4) включает в себя массу узлов (в кг), мало зависящую от размеров СЛА:

Приборное оборудование 2 …. 3
Элементы системы управления 4….. 6
Кресло пилота 2.…. 4
Крепеж и прочее 2….. 3

Если конструктором найдено оригинальное решение, позволяющее уменьшить массу какого-либо узла, то результат, полученный по формуле (2. 4), целесообразно скорректировать.

Расчет массы оперения

Массу оперения во втором приближении можно определить исходя из того, что масса 1 м² как горизонтального, так и вертикального оперения СЛА составляет 4... 6 кг. Нижнее значение можно брать либо при применении композиционных материалов, либо по двухбалочной схеме фюзеляжа, когда горизонтальное оперение, с точки зрения строительной механики, представляет собой двухопорную балку.

Расчет массы силовой установки

Предполагается, что в состав силовой установки входят двигатель, редуктор (или ременная передача), воздушный винт и элементы их крепления.

Массу силовой установки можно определить по формуле



В этой формуле дв -удельная масса двигателя, дв =0,8... 1,1-для двухтактных двигателей, дв =1,4….1,5 - для четырехтактных двигателей без наддува;

к_р.в- коэффициент, учитывающий массу редуктора и винта, к_р.в =1. 1-для силовой установки без редуктора, к_р.в =1,4 -для силовой установки с редуктором, к_р.в =1, 3 -для силовой установки с ременной передачей.

Расчет массы шасси

Масса шасси в наибольшей мере зависит от взлетной массы СЛА, схемы шасси, ширины колеи и применяемых пневматиков.

Шасси СЛА выполняется, как правило, неубирающимся, трехстоечным с носовой или хвостовой опорой.

На СЛА с взлетной массой менее 250 кг чаще всего используются пневматики 3.50-5 (модель В-25) от картинга. При их применении в сочетании с дисками, выполненными из сплава Д-16Т, и поперечной рессорой, масса шасси обычно находится в пределах 10... 16 кг. Если эксплуатация СЛА планируется с твердой ВПП, то в качестве носового (хвостового) колеса допустимо использовать пневматик 200Х80. Однако его применение существенного выигрыша в массе не дает, в то время как сопротивление качению по мягкому грунту резко возрастает.

Если взлетная масса СЛА превышает 250... 300 кг, то для основных колес целесообразно использовать широко распространенные пневматики 300Х125. Массу шасси в этом случае можно считать равной 14... 20 кг.

Расчет массы управления

Масса управления, зависит от типа проводки, геометрических размеров и схемы самолета. У СЛА со спаренным управлением масса управления возрастает за счет установки дополнительных командных рычагов.

Массу управления во втором приближении можно определить по формуле



где m_п.м - масса одного погонного метра проводки, m_п.м = 0, 24 - для гибкой проводки, m_п.м = 0, 40 - для жесткой проводки; I и L соответственно размах крыла и длина фюзеляжа; z_к.р-число мест для пилотов, оборудованных командными рычагами.

Расчет массы приборного оборудования

На СЛА должны устанавливаться только наиболее необходимые приборы. К их числу можно отнести: указатель скорости, вариометр, высотомер, указатель скольжения, магнитный компас, тахометр, указатель температуры головок цилиндров двигателя. Суммарная масса перечисленных выше приборов составляет примерно 3 кг.

Анализ уравнения существования СЛА во втором приближении

После определения масс отдельных частей необходимо полученные значения подставить в уравнение существования СЛА (1. 1), чтобы уточнить взлетную массу. Если взлетная масса СЛА, полученная во втором приближении, существенно (более чем на 10... 15%) отличается от массы первого приближения, то необходимо скорректировать параметры самолета с последующим повторным определением масс СЛА во втором приближении. Как правило, окончательный результат получают методом последовательных приближений.

Если к СЛА были предъявлены необоснованно высокие требования, то уравнение существования не выполняется. В этом случае необходимо пересмотреть требования технического задания и расчет повторить.

При выполнении уравнения существования СЛА значения масс отдельных частей СЛА целесообразно свести в единую таблицу, которой удобно пользоваться при расчете центровки самолета.

по материалам: П.И.Чумак, В.Ф Кривокрысенко "Расчет и проектирование СЛА"