Конструктивные особенности и проектные параметры

Введение

Самолетов для авиахимработ

Анализ существующих конструктивных решений

А.Г.Шнырёв

В статье проводится анализ основных параметров самолетов для авиахимработ. Приводится обработка статистических данных по существующим конструкциям, а также анализ влияния основных особенностей эксплуатации сельхозсамолетов и норм летной годности на проектные параметры.

Проведен анализ конструктивных решений сельскохозяйственных самолетов с использованием статистических и аналитических методов.

Для анализа из множества параметров самолетов, предназначенных для авиахимработ (АХР) были выбраны следующие:

- весовые характеристики;

- энерговооруженность;

- тип двигателя;

- удельная нагрузка на крыло;

- удлинение крыла;

- аэродинамическая схема;

- расположение бака с полезной нагрузкой;

- схема шасси.

Условные обозначения:

S – площадь крыла;

V – скорость полета;

b – хорда крыла;

- максимальная взлетная масса, масса полезной нагрузки, масса пустого, снаряженного, масса топлива соответственно;

- относительный посадочный вес;

- взлетная мощность двигателя;

- энерговооруженность самолета;

ПД – поршневой тип двигателя;

ТВД – турбовинтовой тип двигателя;

ТРД - турбореактивный тип двигателя;

- перегрузка при полете в неспокойном воздухе;

, - длина разбега и длина пробега соответственно.

Для анализа была сделана подборка данных на серийные сельхозсамолеты (около 70 типов). Из неё были дополнительно отобраны наиболее популярные самолеты, выпущенные се­ри­ей не менее 100 экземпляров, взлетной массой более 1000 кг, характеристики которых отображены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование

Год испытаний

Серия

Силовая Установка

Тип СУ

Мощ­ность л.с.

кг

кг

кг

Расположен. Крыла

Расположен. химбака

S м^2

l

Схема шасси

PA-25 "PANWEE"

IO-540 B2B5

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

7,1

Хв.Кол

Ag Rallye 235 GT

-

IO-540

ПД

Н-ПЛ

За каб.

12,8

7,41

Хв.Кол

Ag Wagon C 188

TSIO-520D

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

19,1

8,4

Хв.Кол

EMB-201A Ipanema

IO-540

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

19,94

6,8

Хв.Кол

Z-37A Cmelak

М-14П

ПД

Н-ПЛ

За каб.

23,8

6,2

Хв.Кол

PL-12 Skyfarmer

IO-540 K145

ПД

Ср-ПЛ

Под каб.

23,5

6,29

Нос.Кол

Ag Husky

TSIO-520Е

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

19,1

8,4

Хв.Кол

Ag Truck

-

TSIO-520D

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

19,1

8,4

Хв.Кол

G-164A Super Ag-Cat

P & W R-985

ПД

Би-ПЛ

Пер.каб

20,5

5,8

Хв.Кол

PA-36 Pawnee Brave

IO-540 K1G5

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

6,6

Хв.Кол

FU24-954

-

IO-720

ПД

Н-ПЛ

За каб.

23,7

6,9

Нос.Кол

Z-137 Cmelak

М-601B

ТВД

Н-ПЛ

За каб.

26,7

6,9

Хв.Кол

Weatherlay 620

PT R985

ПД

-

Н-ПЛ

Пер.каб

-

-

Хв.Кол

Weatherlay 620 TP

-

PT6A-11AG

ТВД

-

Н-ПЛ

Пер.каб

-

-

Хв.Кол

Cresco 750

-

PT6A-34AG

ТВД

Н-ПЛ

За каб.

23,7

6,9

Нос.Кол

PZL-106 "Kruk"

-

-

PZL-3S

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

28,4

7,7

Хв.Кол

Page Ag-Cat

-

-

LTP 101

ПД

Би-ПЛ

Пер.каб

Хв.Кол

AT-402A

PT R1340

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

25,1

7,4

Хв.Кол

Thrush Commander 600

-

PT R1340

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

30,3

6,0

Хв.Кол

Cresco 600

-

LTP 101

ПД

Н-ПЛ

За каб.

-

-

Хв.Кол

G-164B Ag-Cat Super B Turbine

PT6A-34AG

ТВД

Би-ПЛ

Би-ПЛ

36,5

4,6

Хв.Кол

AT-301.

P & W R-1340

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

25,7

9,1

Хв.Кол

PZL-106 BT-601 Turbo "Kruk"

-

М-601B

ТВД

Н-ПЛ

Пер.каб

31,6

7,1

Хв.Кол

PZL-106 BTU-34 Turbo "Kruk"

-

PT6A-34AG

ТВД

Н-ПЛ

Пер.каб

31,6

7,1

Хв.Кол

AT-402B

-

PT6A-15AG

ТВД

Н-ПЛ

Пер.каб

27,5

8,5

Хв.Кол

Frakes Turbo

-

-

PT6A-34AG

ТВД

-

-

За каб.

-

-

Хв.Кол

AT-503

PT6A-45R

ТВД

Н-ПЛ

Пер.каб

27,9

8,2

Хв.Кол

Turbo Trust 400 gal

-

PT6A-15AG

ТВД

Ср-ПЛ

Пер.каб

6,0

Хв.Кол

Turbo Trust 510 gal

-

PT6A-34AG

ТВД

Н-ПЛ

Пер.каб

6,0

Хв.Кол

PZL М-18 "Dromader"

АШ-62ИР

ПД

Н-ПЛ

Пер.каб

7,8

Хв.Кол

АН-2 R

АШ-62ИР

ПД

Би-ПЛ

За каб.

71,5

4,6

Хв.Кол

Turbo Trust 660 gal

-

PT6A-65

ТВД

Н-ПЛ

Пер.каб

37,16

7,3

Хв.Кол

AT-802

-

PT6A-67R

ТВД

Н-ПЛ

Пер.каб

30,6

10,2

Хв.Кол

Н-ПЛ – Низкоплан,

Ср-ПЛ- Среднеплан,

Би-ПЛ – Биплан,

Пер.каб – расположение химбака перед кабиной пилота,

За каб - расположение химбака за кабиной пилота,

Под каб. - расположение химбака под кабиной пилота.

Взлётная масса самолёта

При начальном проектировании взлётную массу самолета можно оценить при помощи уравнения существования самолёта:

, где - относительный вес топлива. (1)

Рассмотрим составляющие формулы (1):

Запас топлива

При анализе особенностей работы сельхозсамолета установлено, что для выполнения рабочего вылета для производства большинства видов АХР необходим запас топлива на 15-20 минут плюс АНЗ. Перегоночные полеты производятся, как правило, без полезной нагрузки на борту и продолжаются 2-3 часа. Величина для сельхозсамолетов редко составляет более 0,15, что намного меньше веса полезной нагрузки. Таким образом, потребный запас топлива на перегон больше влияет на потребный объем топливных баков, чем на определение максимальной взлетной массы сельхозсамолета.

Проведем статистический анализ , исходя из объёма топливных баков.

Математическое ожидание выборки (таблица 1) составит 0,113 со среднеквадратичной пог­реш­ностью 21%. будет в диапазоне 0,091…0,135. Это практически совпадает с данными в [1]. Для первоначальной оценки потребного объема топливных баков можно пользоваться следующей формулой:

.

Для оценки потребного для выполнения рабочего вылета определим, что для повышения производительности работ самолет лучше заправлять раз в два-три вылета. Обычный вылет продолжается 15-20 мин., поэтому запас топлива с учетом АНЗ рассчитывался на 60 мин.

, (2)

Где: для ТВД кг/л.с.ч, для ПД кг/л.с.ч.

Приведенные в табл.1 данные обработаны с помощью формулы (2).

Математическое ожидание выборки составит 0,045 со среднеквадратичной погрешностью 9%.

В результате формула (1) приобретает вид:

, где (3)

Полезная нагрузка

Для получения зависимости представим формулу (3) в виде:

, где - коэффициент весового совершенства. (4)

Рассмотрим . При анализе статистических данных выявлено явное несоответствие предоставляемых изготовителями веса полезной нагрузки и суммы веса пустого снаряженного самолета, топлива и полезной нагрузки.

Для выполнения статистических расчетов данные о массе полезной нагрузки из таблицы 1 были уточнены на основе формулы – с учетом возможности размещения полезной нагрузки в доступном объёме химбака.

Рассмотрим влияние максимальной взлётной массы на .

Для выборки были отобраны наиболее совершенные с точки зрения весовой отдачи самолёты - таблица 2 и таблица 3:

самолеты с ПД:		самолеты с ТВД:
Таблица 2 Тип   Weatherlay 620 0,992   PA-25 "PANWEE" 0,765   Ag Rallye 235 GT 0,784   PL-12 Skyfarmer 0,900   Ag Truck 0,859   PA-36 Pawnee Brave 0,781   FU24-954 0,926		Таблица 3 Тип   Z-137 Cmelak 0,720   G-164B Ag-Cat Super B Turbine 1,059   AT-402B 1,129   Cresco 750 1.101   AT-503 0,979   Turbo Trust 510 gal 0,971   AT-802 1,527

Применив регрессию методом наименьших квадратов, получим:

- для самолетов с ТВД ,

- для самолетов с ПД .

Результаты сравнения расчетов и статистических данных приведены на рис. 1.

Для самолетов с ПД Для самолетов с ТВД

Рис. 1. Зависимость от (кг) для сельхозсамолетов с ТВД и ПД.

При анализе графиков на рис.1 можно заметить, что самолеты с ТВД имеют лучшие показатели за счет большей удельной мощности ТВД по сравнению с поршневыми двигателями.

В результате уравнение существования самолёта примет вид:

для самолётов с ПД:

, (5)

для самолётов с ТВД:

. (6)

После простых преобразований, при , формулы (5) и (6) имеют вид:

- для самолётов с ПД: , (7)

- для самолётов с ТВД: . (8)

Надо отметить, что формулы (7) и (8) относятся к самолетам, сертифицированным по категории Normal по FAR 21 США. При эксплуатации самолетов в категории Restricted по FAR 21 США в "перегруженном" варианте могут быть значительно выше[2].

Дата добавления: 2014-12-24