Перспективы создания семейства высоко - эффективных авиалайнеров с аэродинамической схемой - летающее крылоо Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.1.072.5

ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ СЕМЕЙСТВА ВЫСОКО -ЭФФЕКТИВНЫХ АВИАЛАЙНЕРОВ С АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СХЕМОЙ - ЛЕТАЮЩЕЕ КРЫЛО

А.Г. АРУТЮНОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Чинючиным Ю.М.

В статье рассматривается вариант создания перспективного, многофункционального лайнера, выполненного по аэродинамической схеме - летающее крыло.

Ключевые слова: летающее крыло, топливная эффективность, аэродинамическое качество, качественный метод, технологический метод.

В настоящее время современная авиационная промышленность приблизилась к практическому пределу совершенства самолётов традиционной аэродинамической схемы. Однако ведущие авиационные корпорации стремятся всячески повысить эффективность существующих и перспективных авиалайнеров. Одним из путей повышения общей эффективности авиалайнера является повышение его аэродинамического качества, что достигается применением перспективных аэродинамических схем. Проанализировав имеющиеся аэродинамические схемы, было выявлено, что классическая аэродинамическая схема - летающее крыло имеет наибольший потенциал к модернизации и устранению существующих недостатков, таких как:

- жесткие требования к центровке;

- малая эффективность органов управления по тангажу, вследствие этого затруднённость взлёта;

- необходимость применения самоустанавливающихся профилей;

- низкая эффективность использования внутреннего объёма;

- непредсказуемое поведение на закритических режимах;

- невозможность рационального размещения двигателей из-за особенности аэродинамической схемы.

Для устранения данных недостатков и обеспечения возможности серийной эксплуатации данной схемы возможно применение следующих методов и технических решений, условно подразделяемых на два класса: технологические и качественные.

Под технологическими методами понимается:

- применение балансировочной системы методом перелива топлива;

- реализация "электронной устойчивости";

- максимально возможное повышение эффективности органов управления (повышение площади, применение двухзвенных рулей и т.д.);

- применение утолщённых профилей в корневой части крыла;

- установка противоштопорного парашюта;

- использование двигателей с повышенной устойчивостью к помпажу.

Под качественными методами понимается внедрение конструктивных изменений устраняющих критические недостатки без потери преимуществ. Качественные методы имеют преимущества над технологическими вследствие меньшей стоимости конечного изделия при сравнительно одинаковом приращении эффективности.

На рис. 1 приведены эскизы интегрированной аэродинамической схемы на основе летающего крыла.

б

Рис. 1. Эскизы интегрированной аэродинамической схемы на основе летающего крыла:

а - проекции самолета; б - общий вид

Предложенная схема обладает следующими особенностями.

Суть компоновки в части аэродинамики - переходная форма от чистой классической схемы с разделением фюзеляжа и несущих плоскостей к схеме - летающее крыло, призванная вобрать в себя лучшие качества каждой. Заключенные между килями рули высоты, отнесённые на довольно большое расстояние от центра тяжести, создают достаточный момент для:

- снижения требований к центровке;

- отказа от применения самоустанавливающихся профилей;

- улучшения аэродинамических характеристик на закритических режимах.

Наплыв большой стреловидности с углом атаки, отличным от основного крыла (динамический наплыв), служит для вихреобразования на больших углах атаки, увеличивая тем самым взлётно-посадочные характеристики. В крейсерском полёте динамический наплыв не создаёт вихря, поскольку находится на нулевом угле атаки, исключая тем самым дополнительное со-

противление. В то же время большое значение коэффициента подъёмной силы обеспечивается несущим фюзеляжем в купе с так называемым эффектом полезной интерференции. Расширение фюзеляжа на виде в плане заставляет струйки воздуха сжиматься, что вызывает повышенное давление в этой зоне, и оно, воздействуя на центроплан, увеличивает коэффициент подъёмной силы (Су) в целом. Отъёмная часть крыла лишена данного эффекта в силу удалённости от этих зон. Но её вклад в качество самолёта положительный, поскольку их относительно малая хорда не даёт развиться турбулентному пограничному слою до большой толщины, ощутимо снижая тем самым коэффициент лобового сопротивления (Сх).

Все несущие поверхности имеют суперкритический профиль. По сравнению с обычным профилем подъемная сила у суперкритического образуется, главным образом, на хвостовой части. Такое распределение нагрузки обеспечивает меньшие скорости в точках максимальной толщины профиля, что и приводит к повышению критического числа Маха суперкритического профиля в сравнении с обычным профилем той же относительной толщины.

Совокупность компоновки и геометрических форм данного летательного аппарата позволяет получить комплекс наилучших его характеристик.

Поскольку в схеме имеется несущий фюзеляж, то коэффициент использования внутренних объёмов резко увеличивается.

По предварительным оценкам аэродинамическое качество находится в пределах К=26-30. На рис. 2 приведён график приближённых значений коэффициента аэродинамического качества (К) по типам ЛА (летательных аппаратов).

Сравнительные значения аэродинамического качества различных типов ЛА.

К зо п---------------------------------------------------------------------------------

10------------------------------------------ ------------------------------ ------------------------------ ---------------------

5------------------------------------------- ------------------ ------------------- ----------

0 -I--------1------------1--------,---------1-----------1--------,--------1------------1--------,---------1-----------1---------,

Airbus-380 Boeing 747 Ан-124 "Руслан" Пр0ект Тип ЛА

Рис. 2. График приближённых значений коэффициента аэродинамического качества (К) по типам ЛА

Применение самолётов данной схемы позволяет:

- резко повысить топливную эффективность;

- сократить выбросы СО;

- увеличить дальность полёта;

- оптимизировать внутреннюю компоновку и увеличить комфортабельность пассажиров за счёт повышенного коэффициента использования внутренних объёмов фюзеляжа;

- повысить безопасность полётов;

- для грузовых вариантов (рис. 3) повышение номенклатуры перевозимых грузов.

г—осгю

Рис. 3. Грузовой вариант самолета

ЛИТЕРАТУРА

1. Житомирский Г. И. Конструкция самолётов. - М.: Машиностроение, 1995.

2. Кюхеман Д. Аэродинамическое проектирование самолетов. - М.: Машиностроение, 1983.

3. Дж. Волкович. Комбинации крыльев прямой и обратной стреловидности - ACA Industries, Inc., Torrance, California.

PROSPECTS OF THE FAMILY OF HIGHLY EFFECTIVE AIRLINER WITH AERODYNAMIC CONFIGURATION FLYING WING

Arutyunov A.G.

The article deals with the option to create of perspective, multifunctional liners performed on the aerodynamic configuration flying wing.

Key words: flying wing, fuel efficiency, aerodynamic efficiency, quality method, technological method.

Сведения об авторе

Арутюнов Артур Георгиевич, 1988 г.р., окончил МГТУ ГА (2010), аспирант кафедры технической эксплуатации летательных аппаратов и авиадвигателей МГТУ ГА, область научных интересов - проектирование летательных аппаратов по аэродинамической схеме - летающее крыло, совершенствование автоматизированной системы контроля и диагностики технического состояния авиационной техники.