WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В организациях авиационной промышленности, таких как: ОАО «Туполев», ФГУП «ГосНИИГА» в рамках выполнения работ по определению облика перспективных образцов авиационной техники использовались основные положения разработанной методики и результаты диссертационной работы, в части, посвященной теории и способам синтеза проектных параметров пассажирских самолётов. Данные положения вошли в состав разрабатываемой интегрированной системы автоматизированного проектирования, позволяющей проводить оценку как проектных, так и технико-экономических показателей летательных аппаратов перспективных схем. Внедрённые материалы позволяют сэкономить материальные и временные ресурсы при выполнении комплексных проектно-исследовательских работ, что подтверждено актами внедрения.

Апробация работы

Основные положения, выполненных исследований и разработок, отражены в 10 публикациях. Результаты работы докладывались на всероссийских и вузовских научно-технических конференциях.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложения; изложена на 164 страницах машинописного текста и содержит 84 рисунка и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность применения дозаправки в воздухе. Показана возможность создания нового семейства дальнемагистральных гражданских судов, использующих дозаправку в полёте. Определена цель работы, представлены научная новизна, практическая значимость и отражена реализация результатов, а также приведена краткая аннотация диссертации по главам.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведено исследование основных исходных положений методики синтеза проектных параметров пассажирских самолётов, использующих дозаправку в полёте.

Проанализированы опубликованные работы учёных ЦАГИ: Г.С. Бюшгенса, В.Г. Дмитриева, А.В. Климина, Г.А. Павловца. В данных работах оценивается возможное сокращение себестоимости авиаперевозок (прежде всего, за счёт экономии топлива, удешевления и унификации парка воздушных судов), потребные затраты топлива и средств непосредственно на заправку; прорабатываются решения, нацеленные на обеспечение надёжности и безопасности процесса заправки в воздухе. В работах американских учёных (Maiersperger W.P., McCormick J.E.) определяются оптимальные точки дозаправки по маршруту, а также рациональные траектории движения заправляемого самолёта и танкера в зоне дозаправки.

На основе анализа зарубежных и отечественных разработок сделано заключение о перспективности развиваемых в диссертации направлений по исследованию облика пассажирских самолётов, использующих дозаправку в полёте.

Рассмотрена долговременная динамика развития нефтяного рынка для оценки его общих перспектив, на базе общей тенденции изменения темпов роста нефтедобычи и стоимостных показателей.

Приведена предварительная оценка экономии топлива при дозаправке в полёте современных летающих самолётов Ту-204, Ил-96-300, А-380 (с учётом топлива дозаправщика). Показано, что экономия топлива составит порядка 15-23% (рис.2), что не только позволяет существенно облегчить ситуацию с углеводородным топливом, но и с загрязнением атмосферы авиационной техникой.

Рис.2 Зависимость экономии топлива при одной дозаправки в полете

Приведенные оценки позволили предположить существенное увеличение экономии топлива, при оптимизации проектные параметры ЛА, использующих дозаправку в полёте.

Приведено процентное распределение трасс по дальности полёта. Показано, что дальность автономного полёта базового самолёта должна составлять порядка 6000 км при соответствующем расположении баз дозаправщиков. Данное решение позволит при помощи одной дозаправки перекрыть ~85% самых популярных авиалиний, а при помощи 2-х дозаправок обеспечить полёт на сверхдальних маршрутах таких как Лондон-Мельбурн.

Авиалинии

Рис.3 Процентное соотношение числа авиалиний большой дальности

Определены оптимальные траектории полёта (близкие к ортодромиям) и возможные пункты баз дозаправки.

Рассмотрен ряд вопросов, связанных с обеспечением безопасности полёта.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ представлены модули расчета массовых показателей самолёта, аэродинамических характеристик, характеристик силовой установки, а также модуль расчета параметров самолета-дозаправщика.

В основу формализованной методики синтеза проектных параметров пассажирских самолетов, использующих дозаправку в воздухе, положена математическая модель, основанная на «горизонтальной» и «вертикальной» структуризации информационных потоков.

«Вертикальная» декомпозиция выполнена по процессам, отображающим стадии (этапы) предварительного проектирования, а в качестве «горизонтального» декомпозирования использован модульный подход (Рис.4).

Рис.4 Блок-схема иерархической декомпозиции процесса предварительного проектирования

Данный подход позволил разработать формализованную методику получения данных на основе блочно-модульного принципа построения алгоритма (Рис.5), предполагающего относительно самостоятельную организацию аналитических процедур предварительного проектирования ЛА.

Для модуля расчета массовых характеристик разработаны полуэмпирические методы, основанные как на теоретических позициях, так и на статистических данных, позволяющих оперативно определить значения массы, как отдельных агрегатов, так и самолёта в целом, не прибегая к громоздким вычислениям.

В модуле расчёта аэродинамических характеристик использованы классические зависимости, позволяющие получить компактную аналитическую зависимость аэродинамического качества от размаха крыла и площади омываемой поверхности.

Модуль расчёта силовой установки включает расчёт массы, основных геометрических размеров и идентификацию тяговых и расходных характеристик. Данный модуль может использоваться как для оценки промежуточных показателей двигателей дозвуковых самолётов, из серии уже существующих, так и для расчёта параметров силовой установки СПС-II.

Модуль расчета летно-технических и взлётно-посадочных характеристик содержит алгоритм, с использованием ряда новых статистических зависимостей и номограмм, позволяющих определять ЛТХ и ВПХ, при существенном сокращении аналитической работы.

Рис.5 Модифицированная схема нахождения обликовых параметров

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ рассмотрены варианты компоновки оптимизированных ЛА для значений пассажировместимости равных: 200, 280, 360, 440 и 520 пассажиров, которые, согласно прогнозам, будут востребованы на авиалиниях большой протяженности. При помощи разработанной математической модели, проведено параметрическое исследование оптимальных параметров ЛА для всего спектра, выбранных пассажировместимостей. Результаты исследований приведены на рис.6.

Рис.6 Область существования основных параметров ЛА

В рамках принятых конструкторско-компоновочных решений и ограничений по самолётам, были сформированы общие виды ЛА, оптимизированного типо-размерного ряда пассажирских самолётов, использующих дозаправку в воздухе. На основе полученных теоретических эскизов, при помощи разработанной математической модели, были идентифицированы: геометрические характеристики, массовые, аэродинамические, параметры силовой установки, лётно-технические и взлётно-посадочные характеристики каждого самолёта из семейства. Общие виды самолетов, типо-размерного ряда с пассажировместимостями 200 и 520, а также графики «нагрузка-дальность», представлены на рис. 7.

Рис.7 Общие виды самолётов с графиками «нагрузка-дальность»

а) б)

Рис.8 Зависимость экономии топлива от Nпасс, дальности полёта и количества дозаправок

Для оценки экономии топлива проведен сравнительный анализ разработанных ЛА с одной и двумя дозаправками на дальности 12-16 тыс.км и самолётов без дозаправки, рассчитанные также с использованием разработанной математической модели.

Итоговая оценка показывает, что суммарная экономия топлива с учётом топлива израсходованного самолётом-дозаправщиком, при реализации одной дозаправки на дальность 12000км, составит 18-30% (рис.8а).

При рассмотрении осреднённого парка из 500-а 360-местных самолётов возможная экономия составит более 5 млн. тонн авиатоплива в год. Вычислив денежный эквивалент данной экономии, получим сумму равную 4 млрд. долларов США, в ценах 2008 года. К 2025 году эта цифра может существенно возрасти вследствие роста стоимости нефтепродуктов. В этом случае, согласно прогнозам, экономия может достигнуть 10 млрд. долларов в год.

Помимо существенной экономии топлива, внедрение дозаправки в воздухе позволяет снизить материалоёмкость и стоимость парка авиатехники. Для предварительной экономической оценки перехода на дальние пассажирские самолёты произведена оценка уменьшения стоимости рассматриваемого парка самолётов (500 самолётов) при внедрении процедуры дозаправки в полёте. Данный парк, по предварительным оценкам, способны обслуживать 80 самолётов заправщиков типа Ил-78. По статистике стоимость дальнемагистрального самолёта в млн. долларов равна примерно половине его взлётной массы в тоннах. Это позволяет говорить о 36% экономии в стоимости парка дальнемагистральных самолётов, оцененной свыше 25 млрд. долларов (Рис.9).

Рис.9 Стоимость парка из 500-а 360-местных самолётов

Для идентификации экономии топлива во всём диапазоне дальностей 6000-16000км с одной или двумя дозаправками проведено параметрическое исследование, результаты представлены на рис.8б. При использовании 2-х дозаправок в полете, экономия может достигнуть 50%.

В ЧЕТВЁРТОЙ ГЛАВЕ рассмотрен вопрос применения дозаправки в полёте как метода обеспечения экологически приемлемых показателей сверхзвукового пассажирского самолёта 2-ого поколения, экономические параметры которого были бы сравнимы с дозвуковыми самолётами.

При оценке влияния сверхзвуковых самолетов на окружающую среду в первую очередь учитывались уровни звукового удара и шума на местности.

Конкурентоспособный проект СПС-II должен обеспечивать выполнение действующих в настоящее время ограничений по шуму на местности (ICAO, Гл.3), звуковому удару (предположительно p 40 [Па] для полетов над сушей), при этом:

- дальность полёта должна составлять ~12000 км при 200 пассажиров;

- длина ВПП не более 3000м.

Как показывают исследования, масса такого самолёта при обычном подходе к проектированию будет составлять порядка m0400т. При этом экологические показатели ЛА будут составлять неприемлемые величины по уровню звукового удара, шума и эмиссии.

Решение указанных проблем возможно существенно продвинуть, если проектировать самолёт с дозаправкой в воздухе, т.е. обеспечить автономный полёт на существенно меньшую дальность ~ 6000 км, при скорости крейсерского полёта соответствующей числу М=2.2.

Как показывают исследования форма СПС-II, обеспечивающая минимизацию звукового удара, существенно отличается от геометрии СПС-I. Оптимальные геометрические характеристики такой формы включают:

- спрофилированный фюзеляж, совместно с крылом обеспечивающий необходимый закон распределения поперечных сечений по длине самолёта;

- крыло малого удлинения, большой стреловидности с развитым передним наплывом и адаптивными элементами вдоль передней кромки крыла, обеспечивающими плавное изменение контура профиля в зависимости от режима полёта. Это позволяет реализовать изоэнтропическое сжатие и тем самым уменьшить суммарную интенсивность скачка уплотнения – реализовать «безударный вход»;

- применение двигателей изменяемого цикла (ДИЦ), которые на сверхзвуковом режиме полета работает как одноконтурные турбореактивные двигатели (ТРД) с большой удельной тягой, а при взлёте и посадке как двухконтурные (ТРДД) с большой степенью двухконтурности, тем самым, обеспечивая малошумный профиль скоростей газа на выходе из двигателя. Для оценок использовались проекты ДИЦ фирм: Snecma, General Electric, Pratt & Whitney.

Общий вид компоновочной схемы представлен на рис.10.

Рис.10 Предлагаемая компоновочная схемы СПС-II

- более широкое применение новых технологий, композиционных материалов и конструктивных решений, в том числе в силовой конструкции крыла и фюзеляжа.

Согласно оценкам фирм: Aerospatiale SNI, British Aerospace, ОКБ «Туполев», масса пустого снаряженного самолёта при применении новых технологий может быть снижена на 15% по отношению к аналогичным параметрам СПС-I (рис.11).

Рис.11 Зависимости отн. масс пустого снаряженного СПС-I и СПС-II

Предлагаемые решения позволяют реализовать значение взлётной массы примерно как у самолёта А-310 (m0 ~140т.), при дальности полёта порядка 6000 км. Сформированный облик самолёта позволяет в первом приближении обеспечить нормированные уровни шума, а также неограниченный полёт над сушей с уровнем звукового удара, обеспечивающем неотрицательную реакцию населения. Заданная дальность (L=12000км) без ухудшения экологических показателей достигается применением дозаправки в полёте.

Оценка экономического эффекта показана на рис.1. Видно, что топливная эффективность СПС-II и современного дозвукового самолёта практически сравнимы, тогда как время нахождения в полёте СПС-II с дозаправкой в полёте сокращено в ~2 раза.

Рис.12 Сравнительные показатели топливной эффективности

Согласно данным, полученным в главе III, дозаправка в воздухе позволяет реализовать экономию рейсового топлива порядка ~25%, тогда как у СПС-II с дозаправкой в воздухе этот показатель достигает ~50%.

Расчёты ВПХ рассмотренной компоновки СПС-II с использованием методов, разработанных в Главе II, показывают, что потребная длина ВПП будет составлять порядка ~4000м.

Для обеспечения заданной длины ВПП=3000м приняты меры для увеличения Су на взлётно-посадочных режимах:

- расположение силовой установки на верхней поверхности крыла с вертикальными клиньями воздухозаборников, обеспечивающими преимущественно горизонтальное распространение ударной волны от передних кромок;

- обдув внутренних элевонов реактивной струёй с целью повышения Сy.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»