Весовой расчет самолета

 

Абсолютные геометрические размеры и уточненные параметры и характеристики двигателей дают возможность уточнить взлетную массу самолета путем расчета значений массы его основных агрегатов и систем. По сути на этом этапе решаются три взаимосвязанные задачи: уточнение взлетной массы самолета – определение взлетной массы второго приближения; минимизация взлетной массы; составление сводки масс.

После определения геометрических размеров можно уточнить взлетную массу самолета путем расчета масс его основных агрегатов и систем. Для этого используются статистические весовые формулы, которые позволяют оценить массы частей и самолета в целом, хотя по традиции эти расчеты принято называть весовыми. Весовые формулы обычно учитывают размеры и взлетную массу самолета, внешнюю форму агрегатов, размещение двигателей, топлива, целевой нагрузки, свойства конструкционных материалов и содержат ряд статистических коэффициентов, зависящих от типа и назначения самолета.

Расчет по весовым формулам дает лишь приближенное – прогнозируемое значение массы и при использовании формул различных авторов возможен большой разброс результатов. С целью минимизации неизбежной погрешности В.М. Шейнин, один из теоретиков весовых расчетов самолета, предложил метод множественных вычислений, суть которого состоит в том, что расчет ведется по достаточно большому числу весовых формул, затем крайние оценки отбрасываются, а остальные осредняются. Такой метод для традиционных конструкций дает достаточно достоверные результаты, точность которых увеличивается с увеличением числа используемых формул.

Уточним понятия и термины «весовой» и «массовый».

В практике проектирования самолетов исторически сложилась традиция использования таких терминов, как «весовой расчет», «весовое проектирование», «весовой контроль», «весовая эффективность», «весовая отдача» и некоторые другие, использующие прилагательные от слова «вес». В международной системе единиц СИ под весом понимается сила тяжести, равная произведению массы тела на ускорение свободного падения (mg), и измеряемая в ньютонах (Н). В старых источниках информации за единицу измерения силы был принят килограмм-сила (кгс), который равен ~ 9,807Н. В результате численные значения всех параметров, связанных с весом и силами, в системе СИ увеличились примерно на порядок, что вызывает большие трудности в практическом использовании огромного количества информации и знаний, накопленных в прошлом. Чтобы свести указанные неудобства к минимуму, в данных методических указаниях, как и в основном учебнике [1] и в учебном пособии [2], в качестве единицы веса и сил используется деканьютон (даН): 1даН = 10Н. Эта единица численно всего на два процента отличается от кгс: 1даН ~ 1,02кгс, что намного упрощает использование старой информации.

В современной технической литературе часто «весовые» термины заменяются на термины с производными от слова «масса» – «массовый расчет», «массовые параметры», «сводка масс» и т.п. Такое одновременное использование «весовой» и «массовой» терминологии не является противоречивой, тем более, что термин «вес» (сила тяжести), так же, как и «масса», предусмотрен стандартами системы СИ. Кроме того, численное значение массы в кг точно совпадает с величиной веса в кгс. Необходимо только помнить, что масса и вес имеют совершенно разный физический смысл и измеряются они разными единицами.

Единица измерения каждого параметра определяется его физическим смыслом. Это относится и том числе и к удельным параметрам: удельный вес, удельная нагрузка на крыло, скоростной напор и др.

 

Определение массы планера и оборудования

 

Масса частей планера находится по весовым формулам, приведенным в ряде отечественных изданий:

для крыла – [1], с.131; [2], с.307; 313;

для фюзеляжа – [1], с.135; [2], с.315;

для оперения – [1], с.139; [2], с.310;

для шасси – [1], с.142; [2], с.315;

 

Предлагается использовать следующие формулы:

- Масса крыла:

где - удельная нагрузка на крыло;

- заданная нормами прочности расчетная перегрузка;

- Масса фюзеляжа:

где

;

– площадь омываемой поверхности фюзеляжа;

- Масса оперения находится по соотношению:

- Масса шасси:

- Масса окраски:

- Масса силовой установки:

- Массу оборудования и управления находят по значениям относительной массы оборудования и управления:

.

- Аэронавигационный запас топлива:

.

Следует иметь в виду, что в приведенных формулах не учтено использование новых конструкционных материалов, в частности, композитов, которые могут обеспечить уменьшение массы силовых элементов до (15–20)%. Поэтому в полученные результаты расчетов по указанным формулам можно ввести поправочные коэффициенты от (0,80 – 0,85), если агрегат полностью изготавливается из новых материалов, и до (0.9– 0.95) при частичном использовании этих материалов в конструкции агрегата.