Экспериментальные народные самолеты
Информационные материалы \ Составитель – Сазанов В.М.
|
|
|
|
|
Оглавление
Экспериментальные народные самолеты 1
Глава 1. Экспериментальный самолет FMX-4 2
Введение 2
Стоимость и Простота в управлении 2
Новый метод 2
Стоимость и Управление 3
Характеристики 3
Преимущества схемы "летающего крыла" малого размаха 4
FMX-4 Facetmobile 4
Анализ летных характеристик и конструкции 6
Сравнение с существующими моделями самолетов данной категории 6
Анализ аэродинамического сопротивления 6
Индуктивное сопротивление 7
Анализ весовых данных 7
Анализ веса пустого самолета 8
Анализ летных характеристик: 10
Взлетные характеристики 10
Максимальная скороподъемность 10
Аэродинамическое качество: 12
Сопротивление и мощность 12
Выводы 14
Приложение А 14
Приложение 1. Выкройка модели 1:50 14
Приложение 2. Раскладка летающей модели FMX-4 масштаба 1:25 15
Приложение 3. Рисунки и чертежи фасетмобиля FMX-4 18
Приложение 4. Пакеты и средства моделирования 20
Приложение Б. Параметрическая модель фасетмобиля 21
Теория и пакет моделирования Flow Vision 21
Геометрия фасетмобиля и ее параметры 22
Базовые соотношения 22
Приложение С. Радиомодель фасетмобиля 23
Общие сведения 23
Комплектующие 23
Электроника для авиамодели и Выбор аппаратуры 23
Глава 2. 24
Ссылки и литература 25
Глава 1. Экспериментальный самолет FMX-4
Использовано – www.wainfan.com, www.facetmobile.com и перевод от Deneb с сайта - www.reaa.ru/
Введение
Исторически, большинство разработчиков легких самолетов в процессе проектирования основной упор делают на улучшение летных характеристик нового самолета. Несмотря на то, что новейшие модели имеют отличные летные характеристики, не реализуется первичный принцип легких самолетов, как средства для персональных путешествий.
В настоящее время легкие самолеты используются для этой цели не так часто. Чтобы изменить такое положение необходимо выработать такую комбинацию характеристик, которая не встречается в существующих моделях легких самолетов.
Хорошие летные данные конечно важны, но не имеют решающего значения. Значения крейсерских скоростей, которые имеют современные самолеты вполне достаточно. И ее увеличение не создаст прорыва в использовании легких самолетов в качестве персональных транспортных средств. На это могут повлиять совсем другие параметры.
Стоимость и Простота в управлении
Основная помеха более широкому использованию персональных самолетов в качестве обычного транспортного средства это его стоимость. Цена нового самолета почти в пять раз больше, чем автомобиля средних размеров, и два - три раза больше стоимости самых дорогих автомобилей. При таких ценах, рынок для производителей легких самолетов ограничен немногочисленными богатыми индивидуумами, и коммерческими компаниями, приобретающими самолеты для их коммерческого использования. Для того, чтобы малая авиация становилась более популярной, цена персонального самолета должна быть снижена настолько, чтобы быть доступной для обычных людей. Практически это означает, что цена нового самолета не должна превосходить стоимость нового дорогого автомобиля.
Класс подготовки пилота также может вызывать беспокойство. Сам самолет и все его системы должны быть легки в управлении, чтобы самолет мог быть использован в качестве транспортного средства. Пилот, при наличии даже начальных навыков должен иметь возможность управлять таким самолетом. Повседневное использование самолета в качестве транспортного средства должно быть достаточно для поддержания навыков управления на достаточном уровне. Для этого самолет должен иметь такие характеристики, чтобы обеспечивать устойчивый полет при различных условиях и прощать пилоту возможные обшиби. К примеру, при сваливании, скольжении и других аналогичных режимах полета.
Новый метод
До настоящего времени, для уменьшения стоимости конструкции самолета использовались новые технологии производства, проработка самой конструкции самолета, использование более дешевых материалов для его изготовления, при этом в большинстве случаев это был самолет стандартной схемы с заднее расположенным хвостовым оперением. Эти меры отчасти приводили к снижению стоимости, но не на таком уровне, чтобы сделать самолет доступным широкому кругу потребителей.
Для того, чтобы получить значительное уменьшение стоимости необходимо применять новый подход к классической конструкции. Новая конструкция должна быть более простой, чем стандартная и использовать преимущество использования новейших материалов и разработок, недоступных в то время, когда создавалось нынешнее поколение легких самолетов.
Данная работа описывает исследование самолетов, выполненных по схеме "летающее крыло" малого размаха. Крыло самолета при этом выполняет функции крыла, фюзеляжа и оперения самолета, обеспечивая простую конструкцию. Удлинение крыла колеблется от 1 до 2,5, что достаточно для размещения в нем экипажа и полезной нагрузки в отсутствии фюзеляжа. Конструкция также упрощается за счет "фасеточной" формы - то есть состоящей из отдельных плоских панелей. Такая конструкция упрощает производство отдельных элементов самолета, хотя незначительно увеличивает сопротивление.
Анализ строится на результатах, полученных при исследовании самолета Wainfan FMX-4 Facetmobile.
FMX-4 совершил первый полет в 1993 году и суммарно налетал около 130 часов. В это время входит перелет из Чино, шт.Калифорния в Ошкош, шт.Висконсин и обратно. программа испытаний FMX-4 продемонстрировала, что конструкция имеет следующие преимущества при использовании в качестве персонального летательного аппарата:
П ростую конструкцию с небольшим количеством элементов
Конструкция может быть изготовлена из недорогих материалов
Высокое значение полезной нагрузки
Благоприятные летные характеристики
Плавный режим сваливания
Большой диапазон эксплуатационных центровок
Надежную защиту пилота и комфортабельную кабину
Характеристики, сопоставимые с самолетами обычной схемы
Представленный ниже анализ исследовал потенциал 2-местного самолета, выполненного по схеме "летающее крыло" малого размаха, по сравнению с выпускаемыми ныне самолетами Cessna 152, Diamond DA-20, и Alarus CH-2000.
В отличие от FMX-4, конструкция которого выполнена из алюминиевых труб, покрытых тканью, структура анализируемого самолета, (на рисунке справа) формируется из плоских композитных, составляющих его конструкцию. Эта технология широко используется при производстве космических кораблей, а в авиации не нашла широкого применения из-за сложных изогнутых форм авиационных конструкций. Фасеточная форма самолета делает возможным использование этой технологии.
|
|
Схема "летающего крыла" малого размаха очень эффективна с точки зрения обеспечения необходимой прочности. Элементы конструкции испытывают меньшие напряжения, следовательно конструкция получается более легкой, объем материалов для его изготовления будет меньше - следовательно уменьшается стоимость. Во вторых уменьшается максимальный взлетный вес, по сравнению с самолетами стандартной схемы, что значительно улучшает летные характеристики.
У FMX-4 вес пустого составляет 55% сравнимого с ним самолета обычной схемы, а максимальный взлетный вес 70%.
Каркас FMX-4
В процессе анализа, характеристики опытного самолета сравнивались с характеристиками нескольких стандартных самолетов, того же класса и назначения. Большинство выводов были основаны в экспериментальных данных FMX-4 и других самолетов выполненных по схеме "летающего крыла" малого удлинения, а также данных продувок в аэродинамической трубе и испытаний, выполненных автором (Wainfan).
Анализ показал, самолет - "летающее крыло" малого размаха мог бы иметь те же характеристики, что Cessna 152 при мощности двигателя 80 л.с., перевозя ту же полезную нагрузку, что и Cessna с мощностью 100 л.с. Анализ также показывал, что, при увеличении мощности до 120 л.с., характеристики были бы сравнимы с характеристиками современного композитного самолета Diamond DA-20 с той же мощностью.
Простая структура анализируемого самолета имеет намного меньше элементов, чем у подобного самолета стандартной схемы. Такая конструкция потребует значительно меньше времени на сборку.
Комбинация малой массы, уменьшения времени сборки, может уменьшить стоимость самолета до 50% от стоимости стандартного самолета того же назначения. Характеристики такого самолета будут выше. Помимо этого в "летающем крыле" малого удлинения можно разместить более просторную и безопасную кабину.
Для того, чтобы самолет стал доступным транспортным средством, необходимо обеспечить комбинацию характеристик, которыми современные легкие самолеты обладают не в полной мере.
Стоимость и Управление
Как отмечалось выше, стоимость самолета не должна превышать стоимости автомобиля высшей ценовой категории.
Самолет не должен требовать от пилота высокого уровня подготовки. Для этого самолет должен прощать незначительные ошибки в управлении. Самолет должен также быть сравнительно нечувствительным к положению центра тяжести в пределах максимального взлетного веса, чтобы груз и экипаж в самолете мог размещаться произвольно.
Характеристики
Самолет, используемый в качестве персонального транспортного средства должен иметь характеристики, достаточные, чтобы иметь значительное преимущество перед автомобилем, автобусом и поездом. Для путешествий средней протяженности (150 - 800 км), потребная крейсерская скорость должна соответствовать крейсерской скорости одномоторных самолетов, таких как Cessna 172, Cessna 182 или Piper Dakota. Увеличение крейсерских скоростей привело бы к удорожанию самолета, что для потенциальных клиентов было бы менее приемлемо.
Если сравнить объемы продаж самолетов Cessna 172 и Beechcraft Bonanza можно определить зависимость стоимости от характеристик. C-172 - хороший пример самолета со сбалансированными характеристиками. Bonanza является современником C-172, но имеет значительно большую крейсерскую скорость. Он также стоит значительно дороже, имеет большую стоимость обслуживания, и более высокие требования к уровню подготовки пилота.
За 25 лет было продано 37000 самолетов модели, Cessna 172. А Bonanza всего 3000 за более чем 50 лет. Отношение стоимость/характеристики предложенное Cessna 172 было на порядок больше, чем у Bonanza, что сделало его более успешным на рынке.
Преимущества схемы "летающего крыла" малого размаха
Конструкция требует меньшее количество материалов для изготовления, и следовательно получается легче. Более низкие нагрузки на конструкцию позволяют использовать менее прочные материалы, по сравнению с обычными авиационными конструкциями.
Низкий уровень напряжений конструкции позволит также упростить саму конструкцию. Основой ее может быть ферма из прямых труб, или монокок с минимальным внутренним силовым набором.
Крыло объединяет в себе функции самого крыла, фюзеляжа, и горизонтального оперения в единую структуру. Количество элементов при этом сравнимо с количеством элементов стандартного фюзеляжа. Соответственно, такая конфигурация устраняет все элементы, связывающие крыло и горизонтальное оперение. Кроме того, устраняются, и все узлы соединения крыла, фюзеляжа и оперения. Основные элементы корпуса могут быть изготовлены как единые крупные блоки.
Внешние обводы самолета схемы "летающее крыло" малого размаха могут быть образованы за счет плоских панелей. Испытания самолета Wainfan FMX-4 Facetmobile доказывают, что самолет с такими обводами может иметь характеристики, сравнимые с самолетами нормальной схемы при той же мощности двигателя и полезной нагрузке.
Большой внутренний объем упрощает размещение, монтаж и обслуживание систем самолета. Количество систем, проводок, шлангов и т д., находящихся в труднодоступных местах минимально. Для обслуживания большинства узлов не требуется предусматривать специальных лючков.
Так как конструкция самолета будет в основном состоять из небольшого количества крупных элементов, значительно упрощается сборка самолета.
Режим сваливания у "летающего крыла" малого размаха отличается от сваливания стандартного самолета. На больших углах атаки перетекание воздуха через боковые кромки создает вихри, увеличивающие подъемную силу, при этом критический угол атаки увеличивается до углов, превышающих 30 градусов. Более благоприятный характер протекания сваливания самолета повышает безопасность, так как 25 - 35% всех аварий происходит из-за потери управления на малых скоростях.
" Летающее крыло" малого размаха будет обычно иметь более низкую нагрузку на площадь крыла, чем у стандартного самолета. Хотя у него коэффициент подъемной силы будет меньше, низкая нагрузка на крыло компенсирует это, обеспечивая низкие взлетно-посадочные скорости. Снижение посадочной скорости также повышает безопасность самолета.
|
