CC BY
256
2008
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
№ 125
ЛЕТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ
УДК 629.07.73
РАСЧЕТ МИНИМАЛЬНОЙ ЭВОЛЮТИВНОЙ СКОРОСТИ РАЗБЕГА САМОЛЕТА ИЛ-96-400Т В ОЖИДАЕМЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
О.В. КРУГЛЯКОВА, Г.М. ЦИМБАЛЮК, В.Г. ЦИПЕНКО
Представлены результаты расчета минимальной эволютивной скорости разбега самолета Ил-96-400Т.
Минимальная эволютивная скорость разбега Vmcg - это приборная скорость разбега, на которой в случае отказа критического двигателя возможно сохранить управление самолетом с использованием только аэродинамических средств управления. При этом боковое смещение разгоняющегося самолета от оси ВПП до восстановления прямолинейного движения не должно превышать 10 м [ 1].
От величины эволютивной скорости разбега зависят характерные скорости взлета, а следовательно, и взлетные характеристики, которые напрямую влияют на коммерческий успех эксплуатации каждого самолета.
Как отмечает в своем теоретическом материале ведущий пилот-инспектор авиакомпании "Аэрофлот" С.А. Солдатов", одним из серьезных недостатков самолета Ил-96-300 по сравнению с самолетами Boeing и Airbus являются его взлетные характеристики, причем этот недостаток не является характеристикой качества самолета, а связан именно с вопросом определения минимальной эволютивной скорости разбега".
Дело в том, что нормы летной годности FAR-25 и JAR-25 позволяют определять значение Vmcg в условиях штиля, пересчитывать указанную скорость в зависимости от температуры и высоты аэродрома и величины взлетной тяги (взлет на пониженном режиме работы двигателей). Отечественные нормы летной годности [2], по которым был сертифицирован самолет Ил-96-300, требовали определять Vmcg с учетом бокового ветра Wz = 3 м/с с неблагоприятной стороны, что, естественно, увеличивает скорость. Это привело к заведомо худшим взлетным характеристикам, особенно на мокрых и скользких ВПП. В частности, при коэффициентах сцепления m = 0,3 - 0,35 в аэропорту Шереметьево из-за ограничения максимальной взлетной массы для этих условий (большая величина эволютивной скорости) самолет не имеет права перевозить не только коммерческую нагрузку, но и массу своей конструкции с топливом. А самолеты Boeing и Airbus в это время взлетают с пассажирами на борту.
До 2004 г. современные российские нормы летной годности АП-25 [1] повторяли формулировку [2] в части условий определения минимальной скорости разбега, однако формулировки новой редакции [3] стали соответствовать FAR-25, и для вновь сертифицируемых самолетов появилась возможность расширить условия эксплуатации при соблюдении требований норм летной годности, а значит, и без снижения уровня безопасности полетов.
Самолет Ил-96-400Т является модификацией самолета Ил-96-300, а по геометрии и характеристикам наиболее близок к самолету Ил-96Т, имеющему российский и американский сертификаты летной годности. Он отличается от Ил-96Т тем, что на нем установлены двигатели ПС-90А1 вместо PW-2337. На рис. 1 представлено сравнение располагаемой тяги двигателя PW2337 и ПС-90А1, имеющего два штатных взлетных режима. Как видно из графика, тяга повышенного взлетного режима двигателя ПС-90А1 на скоростях 200 км/ч - 300 км/ч превышает взлетную тягу двигателя PW-2337 на 500 кгс, а тяга взлетного режима меньше на 900 кгс.
Скорость, км/ч ИН
Рис. 1. Зависимость тяги двигателя от скорости
АП-25 [3] разрешают устанавливать соответствие пунктам раздела В - полет по расчетам, основанным на результатах летных испытаний и равным им по точности. Результаты летных испытаний разрешено экстраполировать в пределах установленных допусков. Так как разница в величинах тяги для повышенного взлетного режима не превышает 3 %, то возможно осуществить пересчет результатов летных испытаний самолета Ил-96Т по определению Утс§ на самолет Ил-96-400Т.
Сертификация самолета Ил-96Т проводилась по нормам летной годности АП-25 [1] 1994 г. выпуска. В этой редакции п.25.149 (е) (6) определение Утсё выполнялось в условиях взлета при боковом ветре 3 м/с под углом 90° к оси ВПП с неблагоприятной стороны. Поэтому для того, чтобы определить минимальную эволютивную скорость разбега самолета Ил-96-400Т без проведения летных испытаний, необходимо сначала пересчитать эволютив-ную скорость разбега самолета Ил-96Т, определенную в летных испытаниях с боковым ветром 3 м/с с неблагоприятной стороны, на условия без бокового ветра, а затем произвести пересчет полученного результата на тягу двигателя ПС-90А1 самолета Ил-96-400Т. Предварительно необходимо показать адекватность математической модели реальному самолету.
Для идентификации математической модели самолета Ил-96Т проведен расчет разбега самолета до скорости Уг в условиях взлетной массы т = 200 т, конфигурации 5з/5пр = 25°/25°, бокового ветра 1 м/с с неблагоприятной стороны, скорости выключения четвертого критического двигателя 235 км/ч ПР. В процессе испытаний было установлено боковое смещение самолета около 17 м.
В качестве управляющего воздействия для парирования возмущающих моментов от отказа двигателя и бокового ветра принято отклонение руля направления, зарегистрированное контрольно-записывающей аппаратурой (управление носовой стойкой выключено).
На рис. 2 представлены результаты расчетов, из которых следует, что расчетные и зарегистрированные значения скорости, угловой скорости рыскания, угла курса, боковой перегрузки имеют достаточную степень близости. Расчетное боковое смещение составляет 17 м, что совпадает с полученным в летных испытаниях.
Ил-96Т
Моделирование отказа двигателя на ВПП
Двигатель PW-2337. Отказ 4 СУ. Боковой ветер 1 м/с с неблагоприятной стороны
Фиг. 3.11 Акт №6200-96Т/97 Э = 200 т 8 З / 8 ПР = 25 / 25 0 Х Т = 34 % САХ (р СТ = - 3 0
Время, с
Рис. 2. Подтверждение адекватности математической модели Ил-96Т
На рис. 3 показана расчетная демонстрация эволютивной скорости разбега самолета Ил-96Т с боковым ветром 3м/с с неблагоприятной стороны (АП-25 [1], 1994 г.). Выключение двигателя выполнялось на скорости 252 км/ч (время падения тяги после отказа соответствует выключению двигателя с помощью топливного крана), боковое смещение от оси ВПП - 10 м. В летных испытаниях самолета Ил-96Т Утсё = 251 км/ч.
ДЕМОНСТРАЦИЯ ЭВОЛЮТИВНОЙ СКОРОСТИ РАЗБЕГА Ил-96Т
Э = 200 т 8 З / 8 ПР = 25/25 0 Х Т = 34 % САХ Двигатель PW2337
Время, с
Рис. 3. Демонстрация Утсё самолета Ил-96Т с боковым ветром 3 м/с
Таким образом, математическая модель самолета Ил-96Т может считаться адекватной реальному объекту и результаты, полученные расчетным путем, имеют приемлемую точность для подтверждения соответствия требованиям АП-25 [3].
При переходе от условия = 3 м/с на условие = 0 м/с минимальная эволютивная скорость разбега уменьшается на 13 км/ч и становится равной 239 км/ч. Демонстрация указанной скорости представлена на рис. 4.
ДЕМОНСТРАЦИЯ ЭВОЛЮТИВНОИ СКОРОСТИ РАЗБЕГА
Ил-96Т
ч 2
(О
С = 200 т 8 З / 8 ПР =
25/25 0 Х Т = 34 % САХ Двигатель PW-2337
Носовая стойка в режиме самоориентирования, боковой ветер 0 м/с
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Время, с
Рис. 4. Демонстрация Утсё самолета Ил-96Т без бокового ветра
Увеличение тяги двигателя на 500 кгс (повышенный взлетный режим двигателя ПС-90А1) увеличивает скорость на 4 км/ч, а уменьшение на 900 кгс (взлетный режим двигателя ПС-90А1) уменьшает ее на 9 км/ч по сравнению с двигателем PW2337 (рис. 5).
В ожидаемых условиях эксплуатации в зависимости от высоты аэродрома и температуры воздуха в соответствии с законами физики тяга двигателей уменьшается, следовательно, и минимальные эволютивные скорости разбега уменьшаются (рис. 6).
ЗАВИСИМОСТЬ БОКОВОГО СМЕЩЕНИЕ ОТ СКОРОСТИ ОТКАЗА ДВИГАТЕЛЯ
Скорость, км/ч ИН
Рис. 5. Определение Утсё самолета Ил-96-400Т (МСА)
ИЗМЕНЕНИЕ ВЗЛЕТНОЙ ТЯГИ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ
Двигатели ПС-90А1 - повышенный взлетный режим Скорость 200 км/ч ИС
-30 -20 -10 0 10
Температура, 0 С
Н = 000 м \
\
Н = 2000 м \ \
Н = 300 0 м \ \ \
\ \ 4
4 \ \
Рис. 6. Зависимость взлетной тяги от высоты аэродрома и температуры воздуха
Для построения номограммы в ожидаемых условиях эксплуатации "Минимальная эво-лютивная скорость разбега Утсё" на каждой высоте при фиксированных значениях температуры определяется указанная скорость. Очевидно, что после температуры "срезки" тяговой характеристики эволютивная скорость разбега будет уменьшаться, что позволит снизить характерные скорости взлета для этих условий. Обобщающие номограммы во всех ожидаемых условиях эксплуатации представлены на рис. 7 - 8.
11000
Ил-96-400Т
МИНИМАЛЬНАЯ ЭВОЛЮТИВНАЯ СКОРОСТЬ РАЗБЕГА
280 270 260 250 | 240
т
'В
“ 230
>Е
220 210 200 190 180
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
Температура, 0 С
Рис. 7. Минимальная эволютивная скорость разбега самолета Ил-96-400Т (повышенный
взлетный режим)
Ил-96-400Т
МИНИМАЛЬНАЯ ЭВОЛЮТИВНАЯ СКОРОСТЬ РАЗБЕГА
280 Двигатель ПС-90А1 - взлетный режим
270 260 250 | 240
\ 23°
>Е
220 210 200 190 180
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
Температура, 0 С
Рис. 8. Минимальная эволютивная скорость разбега самолета Ил-96-400Т (взлетный режим)
Полученные номограммы минимальных эволютивных скоростей разбега позволяют рассчитать зависимость скорости принятия решения на взлете в зависимости от взлетного веса в ожидаемых условиях эксплуатации.
Применение такого подхода к определению Утсё позволяет при малых коэффициентах сцепления т = 0,3 - 0,35 получить возможность взлетать с большей массой, причем это увеличение составляет примерно 1 т на каждый 1 км/ч уменьшения эволютивной скорости, что в свою очередь, повысит эффективность коммерческой эксплуатации самолета Ил-96-400Т по сравнению с Ил-96-300 с сохранением уровня безопасности полетов.
Двигатель ПС-90А1 - повышенный взлетный режим
ЛИТЕРАТУРА
1. Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории. / Межгосударственный авиационный комитет, ЛИИ им. Громова. 1994.
2. Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов стран - членов СЭВ. - М., 1985.
3. Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории. / Межгосударственный авиационный комитет, ЛИИ им. Громова. 2004.
CALCULATION OF ^-96-400Т AIRCRAFT Vmcg.
Kruglikova O.V, Tsimbaluk G.M., Tsipenko V.G.
Calculation results of IL-96-400T Vmcg are represented in this article.
Сведения об авторах
Круглякова Ольга Валентиновна, окончила МАИ (1988), кандидат технических наук, ведущий инженер-конструктор ОАО "Ил", автор более 30 научных работ, область научных интересов - динамика полета, математическое моделирование.
Цимбалюк Геннадий Михайлович, 1952 г.р., окончил МАИ (1975), ведущий инженер-конструктор ОАО "Ил", автор более 20 научных работ, область научных интересов - динамика полета, математическое моделирование.
Ципенко Владимир Григорьевич, 1938 г.р., окончил МЭИ (1961), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, автор более 250 научных работ, область научных интересов - аэродинамика, динамика полета и летная эксплуатация воздушных судов.
