CC BY
76
Фоменко Елена Сергеевна - e-mail: mkk@egf.tsure.ru; кафедра механики; инженер.
Butenko Victor Ivanovich - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”; e-mail: mkk@egf.tsure.ru; 44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928, Russia; phone: +78634371622; the department of the mechanics; dr. of eng. sc.; professor.
Gusakova Liana Valerievna - the department of the mechanics; assistent.
Durov Dmitry Sergeyevich - the department of the mechanics; head the department. Zakharchenko Anatoly Danilovich - the department of the mechanics; associate professor. Podnozhkina Valentina Nikolayevna - the department of the mechanics; senior lecturer. Rybinskaya Tatyana Anatolyevna - the department of the mechanics; assistant.
Shapovalov Roman Grigoryevich - the department of the mechanics; associate professor. Fomenko Yelena Sergeevna - the department of the mechanics; engineer.
УДК.744 (075.8)
В.В. Орехов, И.Б. Аббасов КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ ДИЗАЙН САМОЛЕТА-АМФИБИИ
Работа посвящена концептуальному дизайну нового самолета-амфибии. Представлен краткий обзор аналогов прототипа различных производителей, описаны их технические характеристики. Для поиска вариантов обвода фюзеляжа использованы принципы бионики. Проведен анализ природных форм биологических объектов прибрежной водной среды. На основе анализа бионических форм предложены новые концептуальные визуальнографические решения самолета-амфибии. Прототипы обводов фюзеляжа разработаны в виде эскизных проектов. Приведены краткие теоретические характеристики прототипа самолета-амфибии. Представлены эскизы ортогональных проекций и трехмерной тонированной модели разработанной концепции.
Концептуальный дизайн; самолет-амфибия; бионика; природные формы; обвод фюзеляжа; тонированная модель.
V.V. Orekhov, I.B. Abbasov CONCEPTUAL DESIGN OF AMPHIBIAN
Work is devoted conceptual design of new amphibian. The short review of analogues various manufacturers is presented, their technical characteristics are described. For search variants offuselage contour of bionics principles are used. The analysis of natural forms of biological objects the coastal water environment is carried out. On the basis of the analysis bionics forms new conceptual visually-graphic decisions of amphibian are offered. Prototypes of fuselage contours are developed in the form of sketches. Short theoretical characteristics prototype of amphibian are resulted. Sketches of orthogonal projections and three-dimensional shaded are presented model of the developed concept.
Conceptual design; amphibian; bionics; natural forms; fuselage contour; shaded model.
Авиация, так же как и много лет назад, продолжает играть важную роль в мировой экономке. Несмотря на повышение цен на топливо, количество рейсов, совершаемых воздушными судами, не только не сокращается, но и растет. Потребность в быстром и относительно дешевом виде транспорта существует всегда. Это потребность может возникать как в гражданской, так и в военной авиации. В последние десятиле-
тия к вышеперечисленным областям добавилась потребность в быстрой оперативноспасательной функции авиации. В случае природных катаклизм, техногенных катастроф без оперативной помощи авиации невозможно обойтись.
Наряду с авиацией сухопутного базирования все чаще используются самолеты-амфибии. В качестве примера можно привести пожарные гидросамолеты, которые в последние годы не заменимы при тушении пожаров на огромных лесных массивах. На сегодняшний день одним из мировых лидеров класса гидросамолетов для тушения пожаров, авиасообщество считает самолет-амфибию Бе-200 производства ТАНТК им. Г.М. Бериева (рис. 1, слева). Данная работа посвящена концептуальному дизайну нового самолета-амфибии. Необходимо отметить, что вопросы компьютерного моделирования самолетов-амфибий были рассмотрены авторами в работах [1-3].
Рассмотрим краткие технические характеристики Бе-200: размах крыла -32,7 м; длина самолета - 32,05 м; высота - 8,9 м; максимальная взлетная масса -37900 кг; максимальная крейсерская скорость - 710 км/ч; практическая дальность -3600 км; экипаж - 2 чел.; полезная нагрузка - грузопассажирский вариант: 3000 кг груза и до 19 пассажиров.
Но помимо пожаротушения многоцелевые амфибии способны выполнять ряд других практических задач. Доставка гуманитарных грузов, исполнение роли мобильных госпиталей, штабов и лабораторий. При этом также имеется в виду традиционное назначение - по перевозке пассажиров.
Рис. 1. Многоцелевые самолеты-амфибии Бе-200 и Бе-103, производства ТАНТК
им. Г.М. Бериева
Обзор рынка самолетов амфибий показывает наличие малых судов вместимостью до 7 человек, таких как, например, Бе-103 производства ТАНТК им. Г.М. Бериева (рис. 1, справа) или летающей лодки-амфибии Аит^ег Ауа1оп-680 производства США (рис. 2, слева) [4, 5].
Рис. 2. Многоцелевые самолеты-амфибии Airmaster Avalon-680 (США), Dornier Seastar (Германия)
Краткая техническая характеристика Бе-103: размах крыла - 12,72 м; длина самолета - 10,56 м; высота - 3,76 м; максимальная взлетная масса - 2270 кг, максимальная крейсерская скорость - 240 км/ч; практическая дальность - 1070 км; экипаж - 1 чел.; полезная нагрузка - грузопассажирский вариант: 368 кг груза и 5 пассажиров.
Средний сегмент между данными классами представлен лишь амфибией-Бо-24 и Беа81аг производства немецкой фирмы Богшег Беа81аг (рис. 2, справа). Данное судно способно взять на борт до 12 пассажиров и экипаж из 2 человек.
Краткая техническая характеристика А1гша81ег Ауа1оп-680: размах крыла -13,41 м; длина самолета - 9,75 м; высота самолета - 3,81 м; максимальная взлетная масса - 1615 кг; максимальная крейсерская скорость - 322 км/ч; практическая дальность - 1448 км; экипаж - 1 чел.; полезная нагрузка - 5 пассажиров.
Краткая техническая характеристика Богшег Беа81аг: размах крыла - 17,74 м; длина самолета - 12,9 м; высота самолета - 5,28 м; максимальная взлетная масса -5 000 кг; максимальная крейсерская скорость - 335 км/ч; практическая дальность -1 740 км; экипаж - 2 чел.; полезная нагрузка - 12 пассажиров.
В данной работе предлагается концептуальный дизайн нового самолета-амфибии, который мог бы занять свой сегмент на рынке. Количество пассажиров до 25 человек, возможность использования для перевозки грузов с учетом стандартных авиаконтейнеров (например, ЬБ2 контейнер:153х156х163 см).
Рис. 3. Синий кит и эскиз фюзеляжа самолета-амфибии
При разработке концепций используется метод проектирования на основе бионических форм. В процессе работы над эскизами обводов был найден ряд решений, основой для которых стали природные биологические формы, обитающие в данной среде (рис. 3-6).
Млекопитающие, рыбы и птицы могут предоставить дизайнеру интересные визуальные решения. При этом фюзеляж самолета, а тем более летающей лодки одновременно должен отвечать требованиям аэро- и гидродинамики. Поэтому перед конструкторами стоит задача по решению компромисса.
Рис. 4. Кит полосатик и эскиз фюзеляжа самолета-амфибии
Рис. 5. Скумбрия и эскиз фюзеляжа самолета-амфибии
В основе концепции будущего самолета лежит водоизмещающее крыло с возможностью глиссирования на трех точках (редан, правая и левая задние кромки центроплана). Такая схема дает существенный выигрыш в устойчивости движения по воде на взлетно-посадочных режимах и повышении мореходности. Низкое расположение крыла, относительно лодки, создает повышение подъемной силы за счет экранного эффекта на взлете и посадке, позволяет упростить и облегчить конструкцию самолета.
Аналогичная схема уже отработана на амфибии Бе-103. Размеры корпуса прототипа (рис. 7, 8) должны учитывать требования будущего интерьера и задачи по размещению грузовых контейнеров. Размах крыла составляет 18,5 м, длина самолета 16,9 м, высота 4, 87 м.
Рис. 6. «Летающая рыба» в естественных условиях обитания и эскиз фюзеляжа
самолета-амфибии
Для грузового варианта предусмотрено увеличение длины фюзеляжа на 1 м с помощью вставки. Это сделано для размещения по правому борту грузового люка размером 1700х1700 мм. Экипаж - 2 человека (в варианте бизнес-класса еще один стюард). В пассажирской кабине могут размещаться до 26 пассажиров, в грузовом варианте предусматривается 4 контейнера ЬБ2.
16 900
Рис. 7. Вид прототипа с левого борта
На рис. 9 представлен тонированный эскиз трехмерной модели самолета-амфибии. Конструкция лодки клепаная, выполнена из алюминиевых сплавов с применением специальных мер антикоррозийной защиты и из композитных материалов. Крыло самолета цельнометаллической конструкции, имеет трапециевидную форму с корневыми наплывами (рис. 8), состоит из центроплана и двух отъемных консолей. На концах крыла расположены винглеты или законцовки.
У
1_______________________18050______________________;
Рис. 8. Виды спереди и сверху прототипа самолета-амфибии
Законцовки крыла служат для увеличения эффективного размаха крыла, снижая индуктивное сопротивление, создаваемое срывающимся с конца стреловидного крыла вихрем и, как следствие, увеличивая подъёмную силу на конце крыла. Также законцовки позволяют увеличить удлинение крыла, почти не изменяя при этом его размах. Применение законцовок крыла позволяет улучшить топливную экономичность самолётов, и, следовательно, дальность полёта. Для обеспечения непотопляемости, крыло самолета разделено водонепроницаемыми переборками на отсеки.
Хвостовое оперение - вертикальное, однокилевое, свободнонесущее. В верхней части киля установлен управляемый стабилизатор. Шасси трехстоечное, диаметр катков задних стоек больше переднего. Силовая установка: предполагается 2 турбореактивных двигателя, расположенных на пилонах ближе к хвостовой части фюзеляжа.
Самолет предназначен для использования на линиях малой протяженности в различных районах мира, в регионах с большим количеством рек, озер, мелких водоемов, труднодоступных для других видов транспорта. Может применяться для перевозки пассажиров, грузов, противопожарного надзора, патрулирования, экологического контроля акваторий, оказания срочной медицинской помощи, обеспечения аварийно-спасательных работ, отдыха и туризма.
Рис. 9. Тонированный эскиз трехмерной модели самолета-амфибии
В результате можно отметить, что рассматриваемая задача по дизайну самолета-амфибии является в основном концептуальным, теоретическим. В любой сфере нашей жизни, всё в нашем окружении является продуктом человеческой мысли. Изготовление этих предметов и объектов начинается с разработки концепции, создания прототипа будущего изделия. Если ранее для этого требовалась довольно серьезные затраты и материалы, то сегодня в эпоху цифровых технологий эта задача упрощается. Для мысли и фантазии конструкторов и дизайнеров нет предела.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аббасов И.Б. Компьютерное моделирование самолета-амфибии Бе-200 // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2009. - № 1 (90). - С. 160-164.
2. Орехов В.В., Аббасов И.Б. Компьютерное моделирование самолета-амфибии Бе-103 // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2011. - № 1 (114). - С. 121-125.
3. Аббасов И.Б., Орехов В.В. Самолеты-амфибии. Компьютерное моделирование. - Saar-brucken (Germany): LAP Lambert Academic Publishing, 2012. - 69 с (www.lap-publishing.com).
4. http://www.beriev.com (дата обращения 02.04.2011).
5. http://www.airwar.ru (дата обращения15.03.2012).
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор Я.Е. Ромм.
Орехов Вячеслав Валентинович - Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»; e-mail: igkd@egf.tsure.ru; 347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44; тел.: 88634371794; кафедра инженерной графики и компьютерного дизайна; ассистент.
Аббасов Ифтихар Балакишиевич - кафедра инженерной графики и компьютерного дизайна; к.ф-м.н.; доцент.
Orekhov V’iacheslav Valentin - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”; e-mail: igkd@egf.tsure.ru; 44, Nekrasovskii, Taganrog, 347928, Russia; phone: +78634371794; the department of engineering drawing and computer design; assistant.
Abbasov Iftikhar Balakishi - the department of engineering drawing and computer design; associate professor.
