Эскизное проектирование летательного аппарата с авиационным комплексом в CAD-системе

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 629.7.021.4 Д. Г. ВОЛЬСКОВ

ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С АВИАЦИОННЫМ КОМПЛЕКСОМ В СЛБ-СИСТЕМЕ

Рассматривается эскизное проектирование летательного аппарата в СЛБ-системе, где за основу берется авиационный комплекс.

Ключевые слова: самолёт, летательный аппарат, авиационный комплекс, фюзеляж, оперение, гондолы двигателей, шасси.

По прогнозам экспертов, к 2050 году объём мирового воздушного трафика ждёт семикратное возрастание, которое будет сопровождаться четырёхкратным увеличением выбросов авиационных парниковых газов. Увеличение авиационных выбросов произойдёт неминуемо, если только мировыми авиапроизводителями не будут приняты фундаментальные изменения в идеологии конструирования самолётов.

Важнейшим шагом для превращения авиации в экологичный вид транспорта станет полное или частичное преодоление силы тяжести летательным аппаратом с помощью авиационного комплекса на земле.

Это позволит сократить выбросы в атмосферу углекислого газа и оксидов азота, если энергия для самолётов будет производиться на станциях, которые сами не загрязняют атмосферу.

Самолёт является сложной системой, входящей в большие авиационные системы (комплексы). В авиационном комплексе (АК) самолёт проявляет себя через технико-экономические характеристики (ТЭХ), включающие лётно-технические характеристики (ЛТХ), характеристики надёжности и живучести, а также характеристики целевой нагрузки. Совокупность этих характеристик определяет эффективность использования самолёта в авиационном комплексе [1].

Несмотря на большую автономность современных самолётов, они не могут использоваться изолированно и для своего нормального функционирования нуждаются в технических средствах систем управления и обеспечения, в информации об условиях полёта и т. д. Это заставляет

© Вольсков Д. Г., 2015

рассматривать самолёт как один из элементов более сложной системы (системы более высокого уровня) - авиационного комплекса [2].

Авиационный комплекс представляет собой функционально взаимосвязанную совокупность самолётов и технических устройств систем управления и обеспечения, управляемых людьми, предназначенную для выполнения задач, определяемых назначением самолётов, находящихся в основе АК. На рис. 1 представлена функциональная схема АК, в которой самолёты являются основным исполнительным элементом АК - его «исполнительным звеном» [2].

Функциональная взаимосвязь самолёта и технических устройств систем управления (связь, навигация, наведение, посадка) и обеспечения (инженерно-авиационное, аэродромно-техничес-кое и другие виды обеспечения) должна быть очень тесной - необходимо соответствие параметров и характеристик самолёта и технических устройств наземных систем АК. Так, например: длина взлётно-посадочной полосы (ВПП) определяет требования к значениям взлётно-посадочных характеристик самолёта, влияет на выбор угла стреловидности и относительной толщины крыла, взлётно-посадочной механизации, удельной нагрузки на крыло и тяговоору-жённости самолёта. Короткая ВПП дешевле. При этом упрощается и удешевляется и аэродромный манёвр [2].

Заказчик летательного аппарата 21-го века классифицирует его с точки зрения:

- массы коммерческой нагрузки или числа пассажиров;

- расчётной дальности полёта;

- класса аэродрома базирования;

- крейсерской скорости полёта [3].

Рис. 1. Структура авиационного комплекса [2]

Рис. 2. Влияние поджатая фюзеляжа на величину коэффициента лобового сопротивления

комбинации «фюзеляж — крыло»

Основной недостаток современных самолётов - это низкий КПД. Много энергии уходит на трение, разгон, торможение и т. д. Таким образом, более современный самолёт должен обладать КПД, приближающимся к 90%, используя несущую энергию (топливо) с собой.

Из конструкции современного самолёта (летательного аппарата) следует убрать шасси - это уменьшит вес и обеспечит необходимый для целевого назначения или вспомогательного оборудования объём в корпусе летательного аппарата. Взлетать летательный аппарат сможет при помощи электромагнитной подушки. При этом сама взлётно-посадочная полоса представляет собой электромагнитную балку. Основное преимущество электромагнитной ВПП в том, что взлётная полоса, которая вырабатывает энергию для взлёта и посадки, находится на земле, и самолёту не надо брать с собой горючее для взлёта и начального разгона и его торможения для посадки, что облегчает его вес.

Анализируя дальше летательный аппарат, необходимо, чтобы крейсерская скорость его превышала М>3 [3]. С этой целью на летательный аппарат необходимо установить прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД).

Минимальная скорость полёта, допускающая применение ПВРД, составляет не менее 650 км/ч. Следовательно, для запуска необходимо разогнать летательный аппарат до минимальной скорости, при которой ПВРД способен создавать потребную тягу [4].

При выполнении процесса аэродинамической компоновки следует помнить одно из положений проектирования сложных систем, гласящее, что система, состоящая из оптимальных частей, не является в общем случае оптимальной. Это означает, что летательный аппарат, скомпонованный из оптимизированных в отдельности частей (крыла, фюзеляжа, оперения, силовых установок и гондол шасси), может оказаться не оптимальным из-за отрицательного влияния этих частей друг на друга, из-за интерференции (рис. 2).

Для минимального общего аэродинамического сопротивления летательного аппарата выбираем эскиз комбинации «фюзеляж - крыло» под номером «1» согласно рисунку 2. Используя лицензионную CAD-систему получаем вид согласно рис. 3.

Рассматривая конструкцию летательного аппарата для устойчивого полёта его в атмосфере, необходимы элементы управления, которые минимизировали общее аэродинамическое сопротивление (рис. 4).

Рис. 3. Фюзеляж летательного аппарата

Рис. 4. Система вспомогательных несущих поверхностей

Рис. 5. Расположение магнитов

Рис. 6. Расположение гондол двигателей ВРД

Рис. 7. Схема шасси

Рис. 8. Эскиз общего вида ЛА

Как описывалось выше, на данном летательном аппарате изначально ставятся двигатели ПВРД. Проектирование в CAD-системе учитывает, что гондолы двигателей летательного аппарата должны обеспечивать электромагнитную подушку (рис. 5) и обеспечивать необходимой тягой для полёта. В конечном итоге летательный аппарат примет вид согласно рис. 6.

Шасси проектируемого летательного аппарата обеспечивает его стояние на режимах загрузки/разгрузки грузов и посадки/высадки пассажиров. На основании всего вышеописанного шасси летательного аппарата приведено на рис. 7.

В результате анализа и оптимизации параметров, приведённых в статье [3], а также конструктивных особенностей при проектировании, описанных в литературе [1, 2], в CAD-системе был спроектирован эскиз общего вида летательного аппарата (рис. 8).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проектирование самолётов: учебник для вузов / С. М. Егер, В. Ф. Мишин, Н. К. Лисейцев

и др; под ред. С. М. Егера. — 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1983. - 616 с.

2. Житомирский Г. И. Конструкция самолётов: учебник для студентов авиационных специальностей вузов.- М. : Машиностроение, 1991. — 400 с.

3. Вольсков Д. Г. Решение задачи оптимизации основных параметров самолёта численным методом // Вестник УлГТУ. -2014. -№3(67). - С. 33-40.

4. Реактивные двигатели / под ред. О. Е. Ланкастера. - М. : Воениздат, 1962. - 243 с.

Вольсков Дмитрий Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Самолётостроение» ИАТУ УлГТУ. Имеет монографию, научные статьи в журналах ВАК, методические пособия.

Поступила 17.11.2015 г.

УДК 37.026.9 : 004.41 В. Г. ТРОНИН

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОЙ СТРАТЕГИИ ТВОРЧЕСКОЙ ЛИЧНОСТИ

Рассмотрены требования к созданию системы автоматизации на основе жизненной стратегии творческой личности с учётом новых технологий управления и автоматизации.

Ключевые слова: ЖСТЛ (жизненная стратегия творческой личности), достойная цель, автоматизация.

ЖСТЛ и кибернетика

Жизненная стратегия творческой личности рассматривалась автором Альтшуллером Г. С. как вершина теории решения изобретательских задач, поскольку задача повышения эффективности творческой жизни лишь отчасти решается обучением методологии ТРИЗ (теория решения изобретательских задач). Моделирование наиболее эффективной с точки зрения творчества и вклада в эволюцию человечества траектории жизни потенциальным исследователем - наиболее важная задача. Жизненная стратегия творческой личности рассматривалась как последо-

© Тронин В. Г., 2015

вательность шагов внешних обстоятельств и возможные варианты ответов творческой личности, сильных упреждающих ходов от начала творческого поиска и до тех пор, пока разработки творческой личности остаются актуальными. Определена оптимальная стратегия по переходу к творческим целям большего масштаба, с объединением решения технических и комплекса связанных социальных задач. Сформулированы критерии достойной жизненной цели творческой личности [1]. С точки зрения кибернетики достойная цель соответствует целевой функции, а стратегия позволяет проложить маршрут по её достижению с учётом обратных связей (ходы внешних обстоятельств) и корректировки цели (переход в надсистему).