К вопросу определения режимных характеристик в процессе пассажирских перевозок

УДК 656.7

К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В ПРОЦЕССЕ ПАССАЖИРСКИХ ПЕРЕВОЗОК1

А.Д. ПРИПАДЧЕВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Султановым Н.З.

Рассмотрено формирование режимных характеристик как одной из составляющих структуры математической модели процесса пассажирских перевозок.

Ключевые слова: режимные характеристики, пассажирские перевозки, математическая модель.

Управление парком воздушных судов (ВС) следует осуществлять с предварительным математическим исследованием процесса пассажирских перевозок. Под процессом пассажирских перевозок понимается транспортировка пассажиров, выполняемая

авиапредприятием на ВС за установленную плату в соответствии с условиями договора.

Задача управления заключается в том, чтобы определить потребное количество ВС, обеспечивающих выполнение требуемых объемов пассажирских перевозок в установленные сроки, а также определить экономически выгодный тип ВС для каждого маршрута. Решение этой задачи дает ответ на следующие вопросы:

1) какой тип ВС экономически эффективен на конкретном маршруте в процессе пассажирских перевозок;

2) в каком количестве необходимо иметь ВС для выполнения перевозки пассажиров на конкретном маршруте.

Решение поставленной задачи выполняем с построением математической модели процесса пассажирских перевозок при помощи предлагаемого метода по определению структуры потребного парка ВС на основе критерия производственных расходов. Структура математической модели процесса пассажирских перевозок содержит формирование отдельных характеристик, которые воздействуют на процесс наиболее существенно. Выделяем отдельно:

1) модель режимных характеристик (РХ) воздушного сообщения - скорость, высота, дальность;

2) модель конструктивно-геометрических характеристик (КГХ) - удлинение (фюзеляж, крыло), относительная толщина крыла, удельное давление на крыло;

3) модель массовых характеристик (МХ) - взлетная масса и все компоненты;

4) модель энергетических характеристик (ЭХ) - расход топлива, тяга двигателя, удельный вес двигателя, диаметр двигателя;

5) модель технологических характеристик (ТХ) - параметр оценки воздушной линии (годовая продукция воздушной линии и годовые расходы), параметр оценки пассажирского ВС.

В качестве ограничений выступают РХ, КГХ, МХ, а переменными ТХ.

В реальной модели процесса пассажирских перевозок невозможно исследовать одновременно в совокупности все отдельные вышеперечисленные множества характеристик. Поэтому подробнее остановимся на модели режимных характеристик.

Основными режимными характеристиками являются:

1 Работа выполнена при поддержке Государственного контракта № П295 от 24.07.2009 федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по конкурсу «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Конструирование летательных аппаратов», по проблеме «Разработка и конструирование нового типа ЛА авиации общего назначения».

1) скорость полета V. Скорость ВС - это скорость движения ВС (его центра масс) относительно воздушной среды, невозмущенной самим ВС.

Наиболее обобщенной является рейсовая скорость ВС или скорость полета по расписанию, которая учитывает потери времени на запуск и прогрев двигателей, рулежку до ВПП перед взлетом и после посадки, взлет и набор высоты, маневрирование в воздухе после взлета и перед посадкой, снижение и посадку, вычисляемую по формуле

где Ь - расстояние между аэропортами взлета и посадки; - время, затрачиваемое на

взлет, набор высоты, снижение и посадку; Ьвп - горизонтальная проекция пути, проходимая ВС за время tвn; ¥крейс - крейсерская скорость полета; ^м - время, затрачиваемое на запуск и

прогрев двигателей, на рулежку и маневрирование после взлета и перед посадкой.

Время на набор высоты и снижение, на разгон ВС до крейсерской скорости и торможение и соответствующая этому времени горизонтальная проекция пути ВС определяется из аэродинамического расчета;

2) высота полета Н - это расстояние по вертикали от находившегося в полете ВС до уровня поверхности, принятого за нулевой, различают:

а) абсолютную высоту полета, отсчитываемую от уровня моря;

б) относительную высоту полета, измеряемого от условного уровня;

в) истинную высоту полета, по отношению к той точке земной поверхности, над которой в данный момент пролетает ВС.

Также различают предельно малые, малые, средние и большие высоты полета. Данное деление условно и изменяется с развитием авиационной техники.

Высота полета есть потолок ВС (это наибольшая высота, которую может набрать ВС при данном полетном весе), различают:

а) статический потолок - наибольшая высота, на которой при максимальной тяге силовой установки и при данной массе ВС возможен установившийся полет, т.е. горизонтальный полет с постоянной скоростью; в некоторых случаях он является теоретическим потолком;

б) практический потолок - наибольшая высота, на которой при полете с постоянной горизонтальной скоростью ВС располагает наибольшим избытком тяги (мощности), достаточным для подъема с некоторой вертикальной скоростью. Данный параметр является важной характеристикой при сравнении ВС различных типов и при контроле качества их серийного производства;

в) динамическая высота - высота полета, превышающая статический потолок ВС, достигаемая в динамическом режиме полета, при котором часть кинетической энергии ВС переходит в потенциальную;

г) динамический потолок - наибольшая высота, достигаемая ВС в неустановившемся полете.

Расчет потолка при определении наибольшей высоты полета многомоторного ВС с ТРД, где Нпот >11000 м при полете с частично остановленными двигателями или для ВС с ТРД, имеющих малую тяговооруженность, тягу вычисляем по формуле

где Р11 - тяга на высоте 11000; р11 - давление на высоте 11000; рН - давление при Нпот >11000.

Летящее ВС обладает энергией Е, состоящей из:

1) кинетической энергии, определяемой по формуле

крейс

Ек = (т • V2)/ 2,

где т - масса ВС; V - скорость ВС;

2) потенциальной энергии, вычисляемой по формуле

Еп = О  Н .

Энергия, отнесенная к одному килограмму веса ВС, характеризуется энергетической высотой, вычисляемой по формуле

Н, = Нк +Н = Уг/2ш + Н .

Понятием энергетическая высота удобно пользоваться в тех случаях, когда при изменении высоты меняется и скорость полета, вычисляем по формуле

V = 72и

В области установившихся режимов полета может быть достигнуто равенство внешних сил, действующих на ВС. Выше линии статических потолков силы не могут быть уравновешены, в связи с чем полет может быть только неустановившимся, переход в эту область возможен лишь путем преобразования части кинетической энергии ВС в потенциальную. Максимальная удельная энергия Е реализуется в горизонтальном установившемся полете при максимальной тяге двигателей;

3) дальность полета Ь ВС - это расстояние, измеренное по земной поверхности, которое ВС пролетает от взлета до посадки при израсходовании определенного запаса топлива, а также включает расстояние, пройденное ВС при наборе высоты крейсерского полета в крейсерском режиме полета и при снижении; различают:

а) техническую дальность полета - расстояние, которое ВС может пролететь от взлета до

посадки в условиях стандартной атмосферы без ветра, с максимально возможной выработкой

топлива и с нагрузкой, обусловленной техническими требованиями. Техническую дальность

полета вычисляем по формуле

Ь = Ь + Ь + Ь ,

в.с гор сн ’ У у

где Ьв.с - расстояние по земной поверхности, проходимое ВС при наборе высоты и скорости; Ьгор - расстояние по земной поверхности, проходимое ВС при горизонтальном полете с ^ши; Ьсн -расстояние по земной поверхности, проходимое ВС при планировании с использованием всего запаса топлива на борту;

б) практическую дальность полета - расстояние, которое может пролететь ВС при заданном состоянии атмосферы с учетом расхода топлива на запуск и опробование двигателей, руление перед взлетом, взлет, посадочный маневр, посадка, руление после посадки, с учетом аэронавигационного запаса топлива, определяемого для соответствующего типа ВС нормами летной годности, существенно зависящая от массы целевой нагрузки;

в) перегоночную дальность полета - дальность полета при отсутствии коммерческой нагрузки с запасом топлива, определяемым ограничениями по прочности ВС и с минимально необходимым для выполнения задания снаряжением.

При определении составляющих экономической эффективности ВС дальность полета, вычисляем по формуле

Ь = 1065

где К - аэродинамическое качество ВС; Vкрейс - крейсерская скорость полета; Мкрейс -крейсерское число М полета; Ср - средняя за полет величина удельного расхода топлива двигателями;

величину т0/ткон вычисляем по формуле

т0 /ткон = т0/т0 - тт = V1 - т т .

Формула (7) была бы точна, если бы весь полет выполнялся на Нкрейс, а если учесть потери топлива на взлет, набор высоты и разгон до крейсерской скорости, то дальность полета, в километрах, вычисляем по формуле

K • M

m:

крейс

0

C

p

m

K

Все вышеизложенное позволяет выделить следующие отличительные особенности при формировании режимных характеристик, которые влияют на экономическую эффективность ВС и предоставляют новые возможности при решении задачи по управлению парком ВС авиапредприятий.

1). В реальной модели процесса невозможно исследовать одновременно и в совокупности все вышеперечисленные множества характеристик, в связи с чем каждая характеристика рассмотрена отдельно с физической и математической точки зрения.

2). Использование расчетных формул позволяет определить влияние режимных характеристик на экономическую эффективность ВС, т.к. она является показателем наилучшего типа ВС из имеющихся на маршруте.

The formation of regime characteristics as one of the component mathematical modeling in process passenger transportations structure is examined.

Key words: regime characteristics, passenger transportation, mathematical model.

Припадчев Алексей Дмитриевич, 1972 г.р., окончил Оренбургский государственный университет (1998), кандидат технических наук, доцент кафедры летательных аппаратов ГОУ ОГУ, автор 37 научных работ, область научных интересов - проектирование самолетов, оптимизация проектирования самолетов, оптимизация структуры парка воздушных судов.

ABOUT THE GUESTION OF DEFINITION REGIME CHARACTERISTICS IN THE PROCESS OF PASSENGER TRANSPORTATIONS

Pripadchev A.D.

Сведения об авторе