CC BY
9Эксплуатация и надежность авиационной техники
УДК 629.576
М. И. Антипин
Сибирский институт пожарной безопасности, Россия, Железногорск
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБЛИКА ТРАНСПОРТНОЙ АМФИБИЙНОЙ ПЛАТФОРМЫ
Предложена математическая модель облика транспортной амфибийной платформы, включающая оценку массы аппарата, аэродинамических характеристик, технико-экономических показателей.
Интенсивное освоение Крайнего Севера требует создания транспортной системы, основу которой должны составлять транспортные аппараты нового поколения, не требующие создания мощной инфраструктуры. Такими аппаратами могут быть бесконтактные средства - транспортные амфибийные платформы (ТАП), обладающие всесезонностью и везде-ходностью.
На сегодняшний день отсутствуют серийные аппараты, вследствие сложности проектирования, связанной с обеспечением устойчивости, высокой технико-экономической эффективности. Решение данной задачи возможно путем выбора рациональных параметров ТАП, обеспечивающих максимальное аэродинамическое качество на крейсерском режиме движения при максимальном значении коэффициента подъемной силы, минимальную массу аппарата при максимальной коммерческой нагрузке, высокие технико-экономические показатели. Выбор рациональных параметров не возможен без создания математической модели, включающей весовые, аэродинамические, экономические показатели.
Рассмотрим структуру предлагаемой математической модели облика транспортной амфибийной платформы, состоящей из трех блоков: весового блока, аэродинамических характеристик, технико-экономических показателей. В качестве основного критерия весового блока выступает взлетная масса аппарата, определяемая методом последовательных приближений.
Основным критерием модели технико-экономических показателей служит жизненный цикл транспортного аппарата в стоимостном выражении, состоящий из расходов на исследовательские и проектные работы в расчете на один аппарат в серии, эксплуатацию и поддержание работоспособности аппарата, остаточной стоимости, возвращаемой при утилизации аппарата, стоимости постройки и оборудования.
Использование в качестве оценочного критерия технико-экономических показателей жизненного цикла транспортного аппарата в стоимостном выражении по сравнению с приведенными затратами позволяет более адекватно подойти к оценке эффективности ТАП, проектируемой под требования Международной морской организации, при эксплуатации на водных акваториях.
Модель аэродинамических характеристик включает оценку аэродинамических характеристик при движении амфибийной платформы на скоростях,
близких к нулю, и скоростях, соответствующих крейсерскому режиму движения.
Для оценки продольной статической и динамической устойчивости аппарата на крейсерском режиме движения математическая модель ТАП включает условия статической и динамической устойчивости.
Статическая устойчивость платформы оценивается условиями устойчивости по высоте и устойчивости относительно балансировочного значения угла атаки:
( } —У- < 0, та< 0. йк
V =0
Динамическую устойчивость аппарата можно оценить при рассмотрении ТАП в виде эквивалентной механической системы, описываемой дифференциальными уравнениями:
т¥с + Ь¥с + оУс - ¿26 и - ^26 и = (АСу + Асу2)8р¥г /2,
тГ2 и + Ь66и + С66 и-Ь62^с -С627с = (Атч +Ат,2) ¿Р^ /2.
Данные уравнения вертикальных колебаний в линейной постановке могут быть записаны в виде
у1 + 2П У +®ПУ -®пУ +П1 У 2 = АСу1СТ1? = М*X У +2П2 У 2 +<^2 У + Ю21У + ^2 У1 = Су 2 СТ2 Ч = ).
Путем несложных преобразований можно получить характеристическое уравнение для системы стандартного вида:
а0 s4 + а^ъ + а2 s2 + а3 s + а4 = 0.
Известно, что если коэффициенты а, являются действительными величинами, то корни характеристического уравнения могут быть действительными или попарно сопряженными комплексными числами.
Если все действительные части корней характеристического уравнения отрицательны, то движение системы асимптотически устойчиво. Условие отрицательности вещественных частей корней можно записать на основании критерия Гурвица-Рауса:
а1 > 0, (/ = 0,1, 2, 3, 4), а3 (а1а2 - а0а3) - а4а2 > 0.
Из рассмотрения коэффициентов системы следует, что коэффициенты а, всегда больше нуля, при условии что ю22 > 0. Таким образом, условие динамической устойчивости системы сведется к виду
Я = а3(а1а2 -а0а3) -а4а2 > 0.
Решетневскце чтения
После подстановки коэффициентов из системы дифференциальных уравнений вертикальных колебаний условие устойчивости принимает вид
R =ю121(4п1п2 + + ю121(16я12 Я + 16п1п^) +
+ 8п1П2ю^1Ю222 -1) + 2П2Ц2Ю111Ю222 (2п1 + 2П2 ) -
- 2я2ю^ю^г^^я + 2я2) + 2я1ю42(2я2 + 2^%) +
+ 8^2п2ю22 (2я1 + 2я2) + 2п1ц2<Ю22ю^ (2я1 + 2гц) -
2 2 2 2 2 2
- 2я1^1ю22ю21(2я1 + 2я2) -ю^ю21(4я1 + 4я2) > 0.
Данный критерий R устанавливает пределы изменения конструктивных и аэродинамических параметров, при которых движение аппарата, описываемое системой дифференциальных уравнений, устойчиво.
Таким образом, получена математическая модель ТАП, включающая оценку массовых, технико-экономических, аэродинамических показателей, позволяющая реализовать выбор рациональных параметров платформы на основе метода исследования пространства параметров для создания высокоэффективных аппаратов.
M. I. Antipin
Siberian Institute of Fire Safety, Russia, Zheleznogorsk
MATHEMATICAL MODEL OF SHAPE TRANSPORT AMPHIBIAN PLATFORMS
The mathematical model of transport amphibian platforms, including an estimation of weight of the device, aerodynamic characteristics, technical and economic indicators is offered.
© Антипин М. И., 2011
УДК 629.7.01
И. О. Бобарика
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, Россия, Иркутск
ПОВЫШЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ ЭКРАНОПЛАНА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАРТА С ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
При проектировании экранопланов, стартующих с водной поверхности, встречаются определенные трудности, обусловленные наличием гидродинамического сопротивления, которое влечет за собой необходимость наличия более мощной силовой установки или специальных стартовых устройств. Рассмотрена возможность повышения аэродинамического качества аппарата при уменьшении массы конструкции и, как следствие, его гидродинамического сопротивления.
Недостаточная изученность аэродинамики систем несущих поверхностей и, в частности, их взаимовлияния не позволяет учитывать частные случаи при проектировании реальных аппаратов, а существующие методики слишком обобщены и в большинстве своем содержат рекомендации для расположения несущих поверхностей вне зоны их возможной интерференции.
Рассмотрена возможность сближенного в продольной плоскости взаимного расположения несущих поверхностей в зоне наличия интерференции. Проведены необходимые научные исследования [1; 2], в результате которых было определено, что для экрано-планов определенных схем данный эффект может быть положительным, и при выборе рациональных параметров взаимного расположения несущих поверхностей с учетом их интерференции аэродинамическое качество аппарата в целом может увеличиваться на 5-10 единиц, что может составлять до 25 % его аэродинамического качества. Сформулированы ос-
новные рекомендации к проектированию несущей системы экраноплана, позволяющие реализовать положительную интерференцию его несущих поверхностей [3].
Также определено положительное влияние сближенного в продольной плоскости расположения несущих поверхностей на массу конструкции аппарата и, как следствие, на его осадку и величину горба сопротивления при старте с водной поверхности.
Таким образом, установлена возможность повышения аэродинамического качества аппарата при уменьшении массы его конструкции, осадки и, как следствие, его гидродинамического сопротивления.
Библиографические ссылки
1. Гусев И. Н. Выбор рациональных конструктивных параметров экранопланов, движущихся на малых отстояниях от опорной поверхности : дис. ... канд. техн. наук. Иркутск, 1983.
