Основные положения лекции 2

Тема: классификация летательных аппаратов как объектов управления

Схема, критерии и принципы классификации летательных аппаратов. Особенности отдельных классов летательных аппаратов и их описание в процессе разработки моделей. Принципы полёта и создания управляющих сил и моментов

Летательный аппарат – сложная, иерархическая система, предназначенная для целенаправленного управляемого передвижения в пространстве без непосредственного контакта с планетой на основе использования одного из нескольких методов создания подъёмной силы.

В настоящее время существует и разрабатывается большое количество видов (и типов) летательных аппаратов, отличающихся друг от друга конструкцией, габаритами, скоростью полёта, видом старта, функциональным назначением и т.д. Все эти факторы определяют требования к системе управления, её вид, структуру и назначение. При решении задач проектирования систем управления, анализа и синтеза систем, содержащих ЛА как объект управления (звено), для математического описания ЛА, т.е. для получения ММД, необходимо его представить в виде определённой механической модели с учётом специфики, конструктивных особенностей, видов органов управления и прочих факторов, названных выше. Чем полнее информация о ЛА как объекте управления, тем более адекватно его динамика описывается с помощью полученной математической модели.

Анализ специфических признаков и особенностей ЛА как объектов управления удобно выполнить с помощью их классификацию

Для классификации ЛА выбираются определённые критерии, характеризующие с некоторой степенью полноты особенности каждого из них. В зависимости от выбранных критериев (признаков) все ЛА можно разделить на отдельные группы. Каждая такая группа – класс – имеет характерную черту, которая наиболее важна при конкретном сравнении разных ЛА. Любая классификация ЛА не может быть абсолютной и удовлетворить сразу всем признакам.

Возможны различные принципы классификации ЛА, определяемые её назначением: аэродинамические, эксплуатационные, прочностные, управляемость и т.д. Обычно наиболее полезна для поиска новых вариантов и для сравнения существующих классификация ЛА по способу выполнения их миссии (назначению).

1. Принцип полёта …________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Способ выполнения миссий (назначение)...___________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Наличие человека в системе (контурах) управления …__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Беспилотные ЛА удобно классифицировать на основе критерия «способ выполнения миссии»:_________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Принцип (способ) создания подъёмной силы …______________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Особое место среди пилотируемых и беспилотных занимают космические ЛА (КЛА) – искусственные спутники Земли (ИСЗ), транспортные космические корабли (ТКК), пилотируемые орбитальные станции (ПОС). Движение таких ЛА описывается с помощью законов космической динамики (законов движения в поле тяготения), и говорить о создании подъёмной силы как таковой нельзя. КЛА не «падает» на Землю вследствие того, что сила гравитационного притяжения компенсируется центробежной силой, возникающей при движении КЛА по криволинейной траектории.

Следует иметь в виду, что разделение ЛА на классы, может быть выполнено на основе другого критерия классификации – величины крейсерской скорости полёта ЛА. Это характерный и важный признак любого ЛА. Самолёты характеризуются скоростями полёта, соответствующими М£3 (М – отношение скорости полёта к скорости звука на данной высоте, это соотношение предложено в 1868 г. Н. В. Майевским, а позднее – Э. Махом. Иногда величину М называют числом Маха), вертолёты – М£0.26, ГЗЛА – М£27.5, КЛА – М»20…33, экзотические ЛА – М£0.8.

5. Вид аэродинамической схемы самолёта. Это один из основных критериев классификации самолётов – ЛА, движущихся в атмосфере и использующих аэродинамический принцип создания подъёмной силы и управляющих сил и моментов. Аэродинамическая схема определяет различные конструктивные признаки самолётов и соответствует рабочим диапазонам скоростей их движения.

Под аэродинамической схемой самолёта обычно понимают некоторую систему его главных и вспомогательных несущих поверхностей.

Эта система может характеризоваться как взаимным расположением несущих поверхностей, так и их относительными размерами и формами. В системе несущих поверхностей имеются главные поверхности (крылья), создающие основную долю аэродинамической подъёмной силы, и вспомогательные поверхности (горизонтальное и вертикальное оперения и органы управления), предназначенные для стабилизации самолёта и управления его движением.

В зависимости от расположения и вида вспомогательных поверхностей относительно системы крыльев различают следующие аэродинамические схемы:_________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Все аэродинамические схемы должны обладать общими для них свойствами: балансироваться при различных значениях подъёмной силы и сохранять устойчивое движение при определённом её значении. Свойства управляемости (балансировки) и устойчивости являются основными при реализации любой аэродинамической схемы самолёта. В связи с этим указанные аэродинамические схемы называются балансировочными. Они могут быть образованы плоскими несущими поверхностями. При этом схема «бесхвостка» сможет сбалансироваться только на границе продольной статической устойчивости (нейтральной). Использование «закрученных» несущих поверхностей позволяет рационально (при минимальных потерях аэродинамического качества) осуществить балансировку всех схем при условии их устойчивости.

6. Вид движителя самолёта (устройство, непосредственно создающее силу тяги) …_______________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Вид старта и посадки …_________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Конструктивные признаки ЛА. Для ЛА различных классов этот критерий приобретает конкретные особенности. При классификации вертолётов в качестве основного конструктивного признака удобно использовать расположение на корпусе несущих винтов, что определяет следующие схемы:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Несущий винт – исключительно важный узел вертолёта, предназначенный для создания подъёмной силы, силы тяги для движения центра масс и управляющих сил и моментов.

Расположение несущих винтов определяет и другие конструктивные признаки вертолётов – форму корпуса, расроложение двигательной установки, наличие или отсутствие и расположение вспомогательных аэродинамических поверхностей и т.д.

Вертолёты могут классифицироваться и по таким критериям: вид двигательной установки (поршневой, газотурбинный двигатель), количество двигателей, расположение двигателей в корпусе, наличие и отсутствие, вид аэродинамических органов управления, способ компенсации реактивного вращающего момента основного несущего винта и т.д.

На основе критерия «конструктивные признаки» эффективно классифицируют и самолёты. В этом случае используют следующие признаки:

a) форма и расположение крыла (биплан, моноплан с нижним, средним или верхним расположением крыла; моноплан с прямым трапециевидным, стреловидным, треугольным и т.д. крылом; моноплан с горизонтальным крылом, с крылом с положительной (отрицательной) V-образностью, с неподвижным крылом или крылом с изменяемой стреловидностью и т.д.);

b) тип фюзеляжа (однофюзеляжная схема, двухфюзеляжная схема, гондола);

c) расположение оперения (нормальная аэродинамическая схема, схема «утка» с передним расположением элементов оперения, схема «бесхвостка», схемы с двойным килем и т.д.);

d) расположение силовых установок (двигателей) (однодвигательная схема с передним расположением двигателя в фюзеляже, двух- или четырёхдвигательная и т.д. с расположением двигателей на крыле или под ним, однодвигательная схема с толкающим винтом, двух- или четырёхдвигательная и т.д. с расположением двигателей в корне крыле и т.д.).

9. Вид траектории ЛА. Этот критерий удобен для классификации ракет как беспилотных ЛА…_____________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

По критерию «принцип полёта» управляемые лёгкие ракеты делят на две группы: с аэродинамическими плоскостями и без них.

Крылатые ракеты – сравнительно узкий класс беспилотных управляемых ЛА с применением крыла для создания подъёмной силы. Особенность таких ЛА заключается в том, что траектория их полёта определяется рельефом местности: это низколетящие ЛА (высота полёта 5…150 м), движущиеся к цели с огибанием рельефа местности и облёта препятствий со скоростью движения М=0.7. Траектория движения крылатой ракеты может быть представлена совокупностью отдельных участков полёта: старта, маршевого участка, характеризующихся необходимыми маневрами, пикированием на цель. Крылатые ракеты оснащаются комплексной системой управления (наведения), включающей инерциальную и обзорно-сравнительную подсистемы. Крылатые ракеты могут запускаться как с земли, так и с подвижных объектов (самолётов, кораблей и т.д.).

Баллистические ракеты – беспилотные управляемые ЛА, траектория полёта которых условно может быть разделена на два участка – активный (разгонный) и пассивный. На активном участке траектории БР разгоняются ракетными двигателями до необходимой скорости, а затем движутся по баллистической траектории, когда на них не действует сила тяги (на пассивном участке). Активный участок составляет 5…7% всей траектории и содержит определённые типовые отрезки: вертикальный старт, гравитационный разворот, линейный разгонный участок. Количество, протяжённость и взаимное сочетание этих отрезков активного участка траектории определяются в процессе решения оптимизационных задач при выполнении условия обеспечения расчётных параметров движения в конечной точке активного участка. Траектория полёта БР на активном участке лежит в плоскости, проходящей через центр фигуры Земли (гравитационный центр Земли).

Для обеспечения требуемого движения на активном участке и в конце пассивного участка траектории БР оснащаются прецизионными инерциальными системами управления (наведения и стабилизации).

Управляемые БР характеризуются значительной стартовой массой (2…3000 тонн), скоростью в конце активного участка М=20…30. Высота конечной точки активного участка траектории 20…40км.

Ракеты удобно классифицировать по критерию «конструктивные признаки», главным из которых является:_______________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Какова суть определения понятия «летательный аппарат»?

2. Какие критерии положены в основу классификации ЛА?

3. Какова сущность основных принципов полёта и создания подъёмной силы?

4. Как классифицируют беспилотные и пилотируемые ЛА?

5. Как классифицируют ЛА по конструктивным признакам?

6. Нарисуйте и поясните схему классификации ЛА.

7. Какие классы ЛА основаны на использовании аэродинамического принципа полёта?

8. Перечислите виды аэродинамических схем самолетов.

9. Каковы классификационные признаки вертолетов.

Дата добавления: 2014-01-13