textarchive.ru

Главная > Документ

1

Смотреть полностью

Рабочие материалы

Экспериментальное народное самолетостроение

Сазанов В.М., ктн, частный исследователь

«И какая меня муха укусила» \ Т.Шаов

Аннотация. Поиск, анализ и предварительное проектирование реализуемых и доступных народных «летающих решений», некоего ковра-самолета или «небесного катера» для отдыха и путешествий, не требующего летных удостоверений и сертификации. Собрана информации справочного характера по доступным материалам и комплектующим.

На историческом и текущем опыте экспериментального самолетостроения, начиная с фасетмобиля FMX-4 Вайнфана, сделанного по заказу NACА, парашютирующего Фармана F.1020 и знаменитого Cri-Сri Мишеля Колобана,

Важное значение придается проверке адекватности современных методов математического и физического моделирования.

Ключевые слова. Малая авиация, Ультралайт

Оглавление

Экспериментальное народное самолетостроение 2

Глава 1. Предварительный анализ и выбор решений 2

Предварительные замечания 2

Цели, ограничения и допустимая область 2

Категории, классификации, поле решений и примеры 3

Примеры решений для предварительного выбора 4

Ультралайт Cri-cri классической компоновки 4

Экспериментальный фасетмобиль FMX-4 7

Фарман F.1020 18

Ультралегкий самолет Eureka 18

Самолет Duke Delta 19

Промежуточные выводы и допустимые решения 20

Приложение А. Сверхлегкий самолет (США) 21

Американское определение "ультралайта" 21

Приложение Б. Чертежи и рисунки фасетмобиля 22

Геометрия фасетмобиля и ее параметры 27

Ссылки и литература по главе 1 28

=================================================================

Глава 2 - http://v-school.narod.ru/AVIA/BOOK/expavia2.doc

Глава 3 - http://v-school.narod.ru/AVIA/BOOK/expavia3.doc

Приложение А – http://v-school.narod.ru/AVIA/BOOK/aerodin.doc

Глоссарий - http://v-school.narod.ru/AVIA/BOOK/glossary.doc

Экспериментальное народное самолетостроение

(Не промышленное, негосударственное и не корпоративное)

Глава 1. Предварительный анализ и выбор решений

Знать где упасть…

Предварительные замечания

Типовые этапы проектирования состоят в следующем:

Сбор информации, анализ и выбор опорного предварительного решения.

Предпроектирование с использованием математического и физического моделирования.

Расчеты и конструирование.

Разработка конструкторской документации.

Изготовление лабораторного и опытного образца.

Проектирование, как правило, итерационный многошаговый процесс.

В данном случае – 5-х шаговый, начавшийся с обсуждения на Форуме ассоциации экспериментальной авиации – www.reaa.ru экспериментального самолета FMX-4 Вайнфана, построенного по заказу MACA в 1993 году.

Данный самолет налетал 130 часов и демонстрирует на видеороликах. (см. ссылки - ___) различных последователей удивительные летные качества и устойчивость.

На втором этапе был проведен предварительным анализ плоских рубленых треугольных профилей.

На третьем этапе – сформировано опорное решение для физического моделирования на радиомодели масштаба 1:10 от предполагаемого натурального.

Уточнение варианта конструкции – в работе!

Четвертый проход – математическое моделирование объемного обтекания.

Пятый заключительный этап - изготовление опытного натурного образца.

Цели, ограничения и допустимая область

Цель данной работы – сбор и систематизации информации, анализ существующих решений, выбор и предварительное проектирование народного самолета для отдыха и путешествий.

Ограничения:

Весовые и административные.

Сверхлегкие самолеты, весом до 115 кг, которые, согласно действующем законодательству не требуют регистрации воздушного судна и летных документов.

Летно-техничекие.

  • Безопасность полета, исключающая сваливаемость и включающая возможность планируемой посадки или парашютирования при отказе двигателя,

  • взлет и посадка на неподготовленные площадки,

Стоимостные, производственные и лицензионные.

- Желательно до 300 тыс. рублей, с возможностью сборки из КИТа, самостоятельного воспроизведения по свободной и открытой лицензии.

Сверхлегкие летательные аппараты, по целям полетов можно условно разделить на 2 категории, а именно «полетать» и поучиться над аэродромом и «долететь», причем местом посадки может оказаться берег реки или полянка у леса.

Конструктивно, возможно выделить классические самолетные компоновки (крыло, фюзеляж, хвостовое оперение) и экзотические, типа монопланов, летающих крыльев, компоновок «утка» и пр.

Категории, классификации, поле решений и примеры

Категория

«Полетать»

«Долететь»

По
материалу

Балочные «тряпколеты

Цельно-
металлические

Деревянные

По компоновке

Крыло – Фюз
Хвост

Моно
корпус

Схема
«Утка»

По типу
крыла

Летающее
крыло

Дельталет

Малое
удлинение

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Примеры

CriCri
Колобана

Фасетмобиль FMX-4 Вайнфана

Duke
Delta

Фарман F.1020

Промежуточные выводы

В область для предварительного анализа попали следующие компоновки и самолеты:

Фасетмобиль FMX-4, Duke Delta, Фарман F.1020, Самолет Кри-кри, Самолет Eureka,

Интерес представляют также: компоновки «Утка”, бипланная и присоединенное крыло.

Примеры решений для предварительного выбора

Использовано - /cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1315587753/99#99

В рассмотрение не попали сверхлегкие конструкции из балок и тканевых крыльев.

Ультралайт Cri-cri классической компоновки

Информация с сайта - /xplane.html

Сверхлегкий самолет Cricri

ЛТХДоп. информация

Модификация - Cri-Cri

Размах крыла, м - 4.90

Длина, м - 3.91

Высота, м - 1.20

Площадь крыла, м2 - 3.10

Масса, кг – пустого 75

максимальная взлетная - 170

Топливо, л - 23

Тип двигателя -
2 ПД JPX PUL-212

Мощность, л.с. 2 х 15

Макс/ скорость пикирования, км/ч - 280

Макс/ горизонтальная скорость, км/ч - 220

Крейсерская скорость, км/ч - 180

Практическая дальность, км - 400

Продолжительность полета, ч - 3.0

Максимальная скороподъемность, м/мин - 390

Практический потолок, м - 5000

Макс/ эксплутационная перегрузка -10

Экипаж, чел - 1

Доп. информация :

Авиация Общего Назначения. Сверхлегкий самолет Кри-Кри

История и краткое техническое описание

В сентябре 1970 г., французский инженер, специалист в области аэродинамики господин Мишель Коломбан, работающий в концерне "Аэроспасьяль", приступил к работе при активной помощи жены.

К прототипу предъявлялось много требований. Предполагалось, что это будет самый маленький скоростной и экономичный серийный самолёт, который будет отвечать концепции "самолёт - для каждого". Постройка прототипа была начата в 1972 г. в гараже конструктора. Через 1200 часов работы самолёт был готов.

Первый полёт прототипа МК-10 "Кри-Кри" (F-WTXJ) состоялся 19 июля 1973 г. На глазах небольшой группы зрителей, фотографов и операторов телевидения Роберт Бюиссон, 68-летний пилот, на счету которого более 12000 часов налёта.

К этому времени было подсчитано примерное количество потенциальных заказчиков, что определило серию около 20000 экземпляров. Казалось, цель достигнута, и можно разворачивать производство. Однако всего один случай предопределил судьбу, и самолёт был сертифицирован и допущен к полётам лишь в категории экспериментальных. Что же произошло?

18 мая 1975 г. во время одного из показательных полётов в городе Ля-Фэтэ-Але прототип F-WYEA получил значительные повреждения. Сбой в подаче топлива повлёк за собой отказ обоих двигателей на взлёте. Самолёт упал на пашню. К счастью, пилот не пострадал. Как выяснилось позднее, засорился бензопровод. Ремонт и дальнейшая эксплуатация прототипа оказались невозможными, и вскоре был построен новый улучшенный вариант прототипа по чертежам, над которыми Коломбан к этому времени закончил работу. Этот экземпляр прототипа "Кри-Кри" N╧ 4 (F-WYEA) был представлен в общественном парке Парижского салона с 1977 по 1979 год. Демонстрировал его Жeрард Констант. Самолёт имел усиленную конструкцию, позволяющую выполнять акробатические фигуры, и был оснащен двумя одноцилиндровыми двухтактными двигателями повышенной мощности фирмы "Мак Каллок". Самолёт показал превосходные лётные данные. К примеру, взлёт на высоту 80 метров совершался за 7 секунд в безветренную погоду... Вскоре два других экземпляра были доставлены в США на слёт любительских конструкций в город Ошкош. Там они были представлены под именем "Cricri" ("Кри-Кри" - "Сверчок") и завоевали призы. Там же, на фирме "Zenair", Коломбан развернул производство кит-комплектов "Кри-Кри" для самостоятельной сборки любителями в домашних условиях. Стоимость такого комплекта, включая двигатели, составляла 35000 французских франков по оценке 1983 года.

За прошедшие годы конструкция самолёта была усовершенствована с применением новых достижений в технологии и аэродинамике. 10 последовательных испытаний выполнялись персонально конструктором. Несколько улучшенных "Кри-Кри" в дальнейшем были построены друзьями Коломбана. Благодаря малым размерам, необходимым для постройки, технологичности конструкции и простоте сборки "Кри-Кри" получил широкое распространение во многих странах. Он с успехом принимал участие во многих выставках и показательных полётах.

В настоящее время точное количество построенных "Кри-Кри" неизвестно. Примерно 100 экземпляров летает в Европе и на Американском континенте. Более 600 комплектов чертежей продано Коломбаном в разные страны. Стоимость комплекта составляет 2650 FF (данные 1998 г.).

Комплект включает:

  • 42 подробных чертежа форматом 1,2 м x 0,6 м, на которых изображены детали, узлы и агрегаты самолёта, чаще всего в масштабе 1:1, а также полный перечень всех деталей;

  • "Руководство по конструкции" в трёх частях:

  • часть 1: "Общие операции" в 30-ти главах, описывающих работу с чертежами, с различными материалами, клёпку, склеивание и т.д.;

  • часть 2: "Специальные операции" в 8-ми главах, описывающих способы изготовления отдельных деталей, сборку и монтаж каждого элемента самолёта;

  • часть 3: "Испытания на земле и в полёте", в 17 главах которой описана винтомоторная группа: все процедуры, необходимые для обеспечения нормальной работы силовой установки.

Также прилагаются:

  • полный список материалов с адресами поставщиков;

  • список административных процедур;

  • руководство по полёту и техобслуживанию в 6-ти главах;

  • список правил безопасности полётов.

На постройку одного экземпляра самолёта одним человеком затрачивается примерно 1500...2000 часов при наличии всех материалов. Но по утверждению многих конструкторов труд и цена оправданы.

Ни для кого не секрет, что двигатели составили основную проблему разработки "Кри-Кри". Прежде всего, вспомним прототип МК-10, который имел два двигателя Ровена Стигла от бензопил по 9 л.с. каждый. Что касается общей мощности, то она была достаточной для такого маленького самолёта в экономическом отношении. Тем не менее, при полёте с одним двигателем мощности явно не хватало, хотя в таком варианте "Кри-Кри" действительно держался в горизонтальном полёте. С другой стороны, дальнейшая эксплуатация самолёта с двигателями Ровена становилась проблематичной. Я был вынужден искать более мощные двигатели, которые позволяли бы обеспечивать взлёт на одном двигателе, увеличивая при этом безопасность. Новые два Мак Каллока Мк101 подняли "Кри-Кри" Жерарда Константа. Это первый наш самолёт, построенный по документации. В лучшие времена они развивали до 14 л.с. каждый, что придавало самолёту неплохие лётные данные. Без сомнения, вертикальная скорость при полёте с одним двигателем была положительной. К сожалению, как и прежде, смелый пилот Роберт Бюиссон не имел времени измерять характеристики. Действительно, из 17-ти полётов в 14-ти отказывал тот или иной двигатель. После чего единственной заботой пилота было как можно быстрее и безопасней приземлиться. Это время было чрезвычайно трудным и даже деморализующим, постоянной заботой о двигателях и преодолением трудностей всех порядков, выстраивающихся друг за другом и увеличивающихся в прогрессии. Двигатели, о которых я много узнал, были демонтированы и аккуратно уложены на дно сундука. Таким образом, нужно было начинать всё сначала.

Новые поиски были направлены на Шведский двигатель фирмы "Хускварна", который устанавливается на снегоуборочные машины. Нас ожидали другие виды трудностей. Прежде всего - вопрос доставки двигателей, так как импортёра не существовало и адрес распространителя в Швеции или где-либо ещё найти практически было невозможно до тех пор, пока мы не узнали о существовании общества "АВЕС", которое поставляет эти двигатели в страны Южной Европы. Вскоре нам удалось найти финскую фирму Valmet, которая производит двигатели Valmet СМ-160.

Оставалось только подогнать двигатели, испытать их на стенде, согласовать с резонансными глушителями, установить кривую мощности, рассчитать воздушный винт и освободить самолёт от сильных вибраций. Эти двигатели, которые нам лишь частично показались интересными (10 л.с., 10 кг), постепенно становились всё более приспособленными, особенно после того, как были убраны ненужные элементы, что снизило их вес до 7,1 кг, а после испытания с резонансной трубой мощность достигла 12 л.с. при 6500 об/мин. без проблем с температурой. К нашему большому удовлетворению при испытаниях не возникло никаких капризов. Оснащённый этими двигателями самолёт получил марку МК-12. За две недели он налетал 15 часов, необходимых для получения сертификата CNRA в июне 1979 года".

Вскоре французская фирма JPX разработала модификацию одного из двигателей специально для "Кри-Кри". Двигатель JPX PUL-212 имел объем 212 см3 и мощность 15 л.с. (11 kw) при 6000 об/мин. Стоимость такого двигателя составляла примерно 8000 FF. Вместе с карбюратором "Тиллотсон" (HL322A) и пусковым зажиганием фирмы "Ямаха" двигатель весил 7,6 кг. После очередных испытаний самолёт получил марку МК-15. Первые 50 двигателей купили французские конструкторы "Кри-Кри", 70 экземпляров были отправлены в Канаду на фирму "Zеnair". Отличительной особенностью силовой установки "Кри-Кри" было то, что двигатели были правыми и левыми, так как глушители крепились к фюзеляжу. Тем не менее, направление вращения обоих двигателей было в одну сторону.

Сегодня фирма JPX не производит эти двигатели, так как спрос на них упал. Вопрос о двигателях для "Кри-Кри" "повис в воздухе". Тем не менее, конструкторы-любители остановились на использовании германских двигателей "SOLO-210", применяющихся на парапланах. Они имеют мощность 14 л.с. и приблизительно такие же характеристики.

Однако в последнее время всё большее распространение получают маленькие газотурбинные двигатели. Некоторые конструкторы-любители уже установили такие двигатели на свои "Кри-Кри". К примеру, Ив Дюваль - профессиональный лётчик в компании "Эйр Франс". Он назвал свой "Кри-Кри" "Кристалайн Джет". Ив любит экстремальные ситуации. Идея переоборудования винтового "Кри-Кри" на реактивный возникла в 1994 г. Тем не менее, воплотить планы в жизнь оказалось довольно тяжело. После долгих поисков Дювалю всё же удалось через Internet найти подходящее двигательное устройство. Британский инженер Дж. Уэллс очень удивился, когда узнал о запланированном применении его собственной разработки. Тем не менее, он всё же продал французу два экземпляра за 13000 DM. Агрегаты весом всего лишь 3 кг развивают тягу 140 Ньютон и разгоняют самолёт до 220 км/час. Маленькие турбины вращаются так быстро, что создают сильный шум. На полном газу скорость вращения турбин превышает 100000 об/мин. В качестве топлива служит сжиженный газ, который поступает из бака, сделанного в виде сиденья для пилота. Первый полёт на "Кристалайн Джет" Ив Дюваль совершил в июле 1997 г. И теперь, когда уже накоплен некоторый опыт, он хочет представлять свою модель чаще на лётных праздниках. Внимание зрителей наверняка будет ему обеспечено... По конструкции "Кри-Кри" представляет собой одноместный цельнометаллический низкоплан. Самолёт исключительно любительский и предназначен для самостоятельного изготовления в домашних условиях.

Фюзеляж представляет собой простую коробчатую конструкцию с плоскими поверхностями из листового дюраля A-U4G толщиной 0,5 мм, склеенного и склёпанного по швам. Выполнен из двух частей для облегчения сборки. В сечении прямоугольной формы. Жёсткость обеспечивается коробчатыми шпангоутами и пенопластовыми стрингерами, приклеенными к обшивкам. Дюралевые шпангоуты приклёпаны к фюзеляжу в местах крепления крыльев, шасси, хвостового оперения и моторной рамы. Клёпка выполнена в основном односторонними заклёпками серии Гэсипа и Авэкс. Передний шпангоут несёт мотораму и закрывается обтекаемым колпаком, выполненным из бальзы или пластика. В нём имеется отверстие для замера полного давления. Статическое давление снимается через отверстия, расположенные по бокам фюзеляжа в районе максимальной ширины. Имеются также отверстия для вентиляции кабины. Кабина пилота с большим каплевидным фонарём занимает более половины длины фюзеляжа. Она достаточно просторна и обеспечивает отличный обзор. Фонарь кабины состоит из трёх частей, выполненных из дюраля, плексигласа и поликарбоната. Центральная секция, изготовленная из плекса толщиной 2 мм, открывается в правую по полету сторону. Приборный щиток включает указатель скорости, вариометр, акселерометр, тахометр, указатель скольжения, термометр, компас и часы.

Слева от щитка расположен двойной сектор газа и ручка управления зависанием элеронов. Справа расположена ручка механизма триммерного эффекта (пружинный механизм загрузки руля высоты). Топливный бак емкостью 23 литра, выполненный из прозрачного ламината, размещён на полу кабины под ногами пилота. Кресло пилота представляет собой лёгкую рамку из дюралевых труб с натянутой тканью и сиденье из листового дюраля, отбортованного по краям. Отопление кабины отсутствует. Хвостовая часть фюзеляжа жёстко связана с килем и заканчивается упругим костылём. Размеры фюзеляжа: 3500х600х350 мм. Масса не превышает 15 кг.

Крыло - прямое, однолонжеронное, прямоугольной в плане формы. Выполнено из двух отъёмных консолей. Конструкция лонжерона напоминает планерную и позволяет пристыковывать или отстыковывать консоли всего лишь за 2 мин. Лонжерон представляет собой клееклёпаный двутавр. Крыло имеет ламинаризированный профиль Вортмана толщиной 21,7%. Хорда крыла - 480 мм. 80 нервюр, расположенных с различным шагом в консолях, изготовлены из пенопласта "КЛЭЖЭСЭЛЬ" на основе поливинилхлорида и имеют толщину 6 мм. Они приклеены к незакрученному лонжерону с помощью клея "АРАЛДАЙТ". Отрицательная крутка крыла придаётся в момент приклейки обшивки. Она составляет - 1,5 градуса. Корневые нервюры изготовлены из дюраля толщиной 0,5 мм. Обшивка крыла представляет собой цельный лист дюраля толщиной 0,5 мм. Этот лист предварительно отформован по контуру профиля. Приклеивание осуществляется в вакуумном мешке с помощью обычного пылесоса. Эта технология обеспечила равномерный прижим обшивки к нервюрам с обеих сторон крыла. Склеенная задняя кромка имеет несколько заклёпок для безопасности.

Крылья имеют законцовки каплевидной формы, изготовленные из бальзы или пластика. Обе консоли несут по всему размаху элероны системы Юнкерса. Каждый элерон состоит из двух половин и подвешен на четырёх кронштейнах. По конструкции элероны безлонжеронные, почти пустотелые. Несколько дюралевых нервюр и пенопластовый носок. Обшиты цельным дюралевым листом толщиной 0,4 мм. Имеют отрицательную крутку - 3 градуса. Элероны работают по принципу флаперонов. Приводятся в движение через специальный шарнир, расположенный в корневой части крыла. Вес одной консоли крыла не превышает 7 кг.

Оперение - по форме Т-образное. Состоит из стреловидного вертикального киля с установленным на него горизонтальным цельноповоротным рулём высоты. Руль высоты в плане прямоугольный. По конструкции однолонжеронный. Имеет ламинарный симметричный профиль толщиной 12,9%. Размах оперения 1,55 м, хорда 395 мм. Обшивка из цельного листа толщиной 0,4 мм. Установлен шарнирно на главном лонжероне киля. Склеен также в вакууме. Имеет каплевидные законцовки. Киль имеет конструкцию, подобную крылу. Его профиль ламинарный, симметричный, имеет толщину 12,8%. Он жестко приклёпан к хвостовой части фюзеляжа. Пенопластовые нервюры толщиной 6 мм установлены под прямым углом к передней кромке. Клееклёпаный главный лонжерон и замыкающая стенка со стороны руля направления имеют форму швеллера. Руль направления безлонжеронный. Состоит из нескольких пенопластовых нервюр и цельного листа обшивки толщиной 0,4 мм.

Шасси - трёхстоечное с носовой стойкой, снабжённой простым резиновым амортизатором. Носовое колесо диаметром 200 мм и шириной 50 мм имеет давление 0,8 атм и заимствовано от коляски для инвалидов. Главная пластиковая рессора несёт два главных колеса диаметром 210 мм и шириной 70 мм. Они имеют давление 1,8 атм и снабжены колодочными тормозами, взятыми от небольшого мотороллера. Все три колеса закрыты каплевидными пластиковыми обтекателями. Носовое колесо поворотное и поворачивается одновременно с рулём высоты.

Управление - классическое, главная ручка и педали. Руль направления управляется педалями с помощью тросов, натянутых вдоль всего фюзеляжа. Руль высоты и элероны управляются с помощью системы жёстких тяг и качалок. Самолёт снабжён небольшими аккумуляторами для питания радиостанции и электронного зажигания.

ЛТХ:

Экспериментальный фасетмобиль FMX-4

Использовано – www.wainfan.com, www.facetmobile.com и перевод от Deneb с сайта - /

Вводное

Данный самолет был разработан по заказу NACA и 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:

  • Простую 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.

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, простота в управлении и новизна

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.

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.

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%.

Конструкция и каркас FMX-4

Внешние обводы FMX-4, формируются из 11 элементов, 8 из которых расположены на верхней поверхности, и 3 на нижней. В основном все кромки имеют острый угол. Единственный элемент имеющий плавные формы - стеклопластиковый капот двигателя. Каркас FMX-4 имеет ферменную конструкцию из дюралевых труб диаметром 25 мм с толщиной стенки 0,8 мм. Все трубки - прямые, без изгибов. Никаких дополнительных стрингеров, создающих более плавные обводы самолета, не используется.

Трехколесное шасси с носовой опорой неубирающееся и не имеет обтекателей на колесах.

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 – Управление - Характеристики

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.

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 и недостатки "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.

Летно-технические характеристики фасетмобиля FMX-4

FMX-4 Facetmobile - экспериментальный летательный аппарат, выполненный по схеме "летающего крыла" малого размаха. Он был построен Барнаби Вайнфаном для исследования характеристик самолетов данного типа. Первый полет состоялся 22 апреля 1993 года. С 1993 по 1995 годы самолет налетал в общей сложности 130 часов. В 1994 году самолет совершил перелет из Чино в Ошкош и обратно, преодолев за 25 часов 46 минут расстояние 3600 км.

Основные технические характеристики

Длина

5,85 м

Размах

4,5 м

Вес пустого

165 кг

Максимальный взлетный вес

330 кг

Двигатель

Rotax 503DC 46 л. с.

Максимальная скорость

175 км/ч

Крейсерская скорость

145 км/ч

Минимальная скорость (сваливание как таковое отсутствует)

60 км/ч

Скороподъемность

3,75 м/с

Программа летных испытаний FMX-4 продемонстрировала, что данная схема вполне пригодна в качестве легкого самолета общего назначения. Характеристики самолета были сопоставимы с характеристиками самолетов нормальной схемы, использующих тот же двигатель. Самолет продемонстрировал способность нести полезную нагрузку, равную собственному пустому весу, то есть его весовая эффективность составляет 50%.

Летные качества FMX-4 схожи с общепринятыми. Управляющие силы имеют линейную зависимость. Самолет хорошо балансируется по всем осям. Потребная площадь руля направления очень небольшая

Самолет имеет хорошие характеристики при полете на больших углах атаки. При испытаниях самолет не имел указателя угла атаки, но по результатам продувок в аэродинамической трубе было установлено, что при полностью взятой на себя ручке управления самолет балансируется при угле атаки 30 градусов. При летных испытаниях, при полностью взятой ручке на себя и максимальных оборотах самолет показал значение скороподъемности до 5 м/с. При уменьшении оборотов двигателя самолет не показал какой либо тенденции к сваливанию в штопор даже при легком маневрировании. Элементы управления оставались эффективными по всем осям.

Истинная минимальная скорость не была измерена при летных испытаниях, так как по причине использования фиксированной трубки приемника воздушного давления на больших углах атаки указатель скорости показывал нулевое значение. Данные испытания в аэродинамической трубе показали, что скорость при угле атаки, соответствующем значению максимальной подъемной силы составляет 60 км/ч.

Эти результаты летных испытаний, а также результаты испытаний радиоуправляемой модели для исследования поведения самолета на еще больших углах атаки показали, что FMX-4 имеет безопасные характеристики сваливания и штопора и будет не склонным к типичным аварийным ситуациям, которые происходят со стандартными самолетами при потере скорости.

Сравнение с существующими моделями самолетов данной категории

FMX-4 - одноместный экспериментальный самолет. Данные, полученные при летных испытаниях FMX-4 могут быть использованы для создания самолета на два и более мест. Для дальнейших исследований был спроектирован двухместный самолет - "летающее крыло" малого размаха. Такой самолет может использоваться как учебно-тренировочный, спортивный или транспортный самолет малого радиуса действия.

В следующей таблице представлены характеристики четырех выпускающихся в данное время двухместных учебно-тренировочных самолетов. Характеристики этих самолетов были использованы для сравнения размерности и полезной нагрузки этих самолетов с самолетом, который имеет схему "летающее крыло" малого размаха.

Модель

Взлетный вес, кг

Вес пустого, кг

Полезная нагрузка, кг

Размах, м

Площадь крыла, кв. м

Удлинение

Cessna 152

750

520

230

9,8

14,1

6,8

Piper PA-38

750

505

245

10,2

11,2

9,3

Alarus CH 2000

760

490

270

8,64

12,3

6,1

Diamond DA20-C1

745

525

220

10,7

11,2

10,2

Cessna, Piper, и Alarus - цельнометаллические самолеты, имеющие традиционные клепанные конструкции из листового металла. Cessna 152 - подкосный высокоплан, а Alarus и PA-38 свободнонесущие низкопланы.

Diamond DA20-C1 “Eclipse” - свобононесущий низкоплан с Т-образным оперением. Конструкция - стеклопластиковая. Eclipse имеет более высокие летные характеристики по сравнению с цельнометаллическими моделями, но при этом самое малое значение полезной нагрузки.

Характеристики опытного самолета были подобраны так, чтобы они максимально соответствовали крейсерским характеристикам представленных для примера цельнометаллических самолетов. Выбор в их пользу объясняется в первую очередь ценой. Рынок определил, что характеристики c-152 вполне достаточны для учебно-тренировочного самолета, в то время как более высокие летные характеристики Eclipse не оправдывают значительное увеличение стоимости самолета.

Опытный самолет разрабатывается под 80 сильный поршневой двигатель, с винтом фиксированного шага. Такой двигатель сможет обеспечить крейсерские характеристики, схожие с характеристиками Cessna 152, практически при той же полезной нагрузке.

Характеристики опытного самолета:

Вес пустого, кг

285

Взлетный вес, кг

525

Полезная нагрузка, кг

240

Размах, м

4,5

Площадь крыла, кв. м

23,4

Удлинение

1,86

Анализ аэродинамического и индуктивного сопротивления

Анализ аэродинамических характеристик самолета основывается на двух источниках: летные испытания самолета Wainfan FMX-4 (N117WD) и данные испытания модели FMX-5 в аэродинамической трубе.

Профильное сопротивление: (на основании летных испытаний FMX-4)

Элемент

cxS

Шасси

0,0243

Вертикальное оперение

0,018

Капот двигателя и система охлаждения

0,0116

Интерференция

0,0025

Крыло

0,17

Весь самолет

0,2471

Колеса шасси самолета не были оборудованы обтекателями. Стойки шасси в поперечном сечении имели форму аэродинамического профиля. Шероховатость поверхности самолета - среднего качества. Без сглаживания острых углов.

Сопротивление капота и системы охлаждения FMX-4 было сравнительно высоким из-за формы двигателя и использования чрезвычайно консервативного метода охлаждения 2-цилиндрового двигателя, чтобы максимально уменьшить возможность его перегрева. Двигатель охлаждается вентилятором, установленным позади него. Размеры воздуховодов были завышены для обеспечения достаточного охлаждения. Самолет с 4-цилиндровым двигателем и правильно проработанной системой охлаждения будет иметь меньшее сопротивление капота двигателя и системы охлаждения, чем FMX-4.

Коэффициент сопротивление крыла самолета равняется 0.00885. Коэффициент трения равен 0.00436. Коэффициент, учитывающий влияние толщины профиля 1.37.

Сопротивление FMX-4 находится в пределах в пределах средних значений для типичных легких самолетов, а коэффициент, учитывающий влияние толщины в пределах средних значений для фасеточного дельтовидного крыла по результатам испытания в аэродинамической трубе.

Характеристики профильного сопротивления корпуса самолета, указанные выше, будут использованы для анализа летных характеристик самолета.

Индуктивное сопротивление

В декабре 1994, Вайнфан испытал модель 2-х местного самолета, названного FMX-5. 15% радиоуправляемая модель показанная ниже, была испытана в аэродинамической трубе. Для данного исследования использовались данные продувки только корпуса, без вертикального оперения.

На основании данных продувки в аэродинамической трубе была построена поляра самолета.

Значения коэффициента подъемной силы, отраженные в поляре соответствуют режимам полета FMX-5 и опытного самолета.

(Примечание: Lift coefficient - коэффициент подъемной силы, CD - коэффициент сопротивления)

Анализ весовых и летных данных

Первичным преимуществом в весовом отношении "летающего крыла" малого размаха является эффективная конструкция. Большинство элементов конструкции имеют относительно небольшую длину и при этом большую толщину, что снижает напряжение в силовых элементах. Следовательно, силовые элементы конструкции могут иметь меньшие площади поперечных сечений для обеспечения необходимой прочности, и соответственно меньший вес. За счет этого снижается как вес пустого самолета, что позволяет увеличить вес полезной нагрузки.

Поэтому по сравнению с самолетом стандартной схемы при одинаковом значении полезной нагрузки "летающее крыло" малого размаха будет иметь меньший взлетный вес, что влияет на величину потребной мощности.

Хотя схема "летающего крыла" малого размаха не является широко распространенной, имеются примеры различных экспериментальных моделей, прошедших испытания. В следующей таблице представлены их весовые характеристики. Все самолеты оборудовались поршневыми двигателями. FMX-4, Hatfield, и Arup имеют неубирающееся шасси и тканевую обшивку. Dyke имеет убирающееся шасси и ферменную конструкцию из стальных труб со стеклопластиковой обшивкой.

Модель

Вес пустого, кг

Максимальный взлетный вес, кг

Размах, м

Площадь крыла, кв. м

Удлинение

Полезная нагрузка, кг

Весовая эффективность

FMX-4

165

330

4,5

19,2

1,05

165

0,5

Hatfield LB3

114

217

5,4

16,4

1,78

103

0.47619

Hatfield LB1

110

205

5,1

13

2.01

95

0.458515

DYKE JD1

325

630

5,55

14,2

2.17

305

0.482143

ARUP #2

180

330

5,7

13,6

2.39

150

0.459459

DYKE JD2

477

877

6,67

15,57

2.86

400

0.45641

Зависимость величины весовой эффективности (отношение веса полезной нагрузки к максимальному взлетному весу) от удлинения крыла представлена на следующем графике:

(Примечание: Useful Load Fraction - весовая эффективность, Aspect Ratio - удлинение крыла)

По графику зависимость весовой эффективности от удлинения крыла можно описать следующей формулой:

Wu/Wg = 0.5484 + .0081 AR2 – 0.0551 AR

где Wu/Wg - весовая эффективность, AR - удлинение крыла.

Значения весовой эффективности, нанесенные на график имеют значительный разброс, а формула дает более точную оценку зависимости при проектировании.

Анализ веса пустого самолета

Для получения начальной оценки веса пустого самолета и максимального взлетного веса при анализе использовались различные методы.

Статистический: опытный самолет имеет полезную нагрузку 240 кг и удлинение 1.86. Приведенная выше формула дает значение весовой эффективности 0.474. Поэтому при величине полезной нагрузки 240 кг максимальный взлетный вес будет составлять 506 кг, а вес пустого 266 кг.

С помощью весовой сводки. Результаты представлены в следующей таблице:

Элемент

Вес, кг

Двигатель

59

Воздушный винт

4,5

Шасси

24,7

Приборы и оборудование

9

Сидения

6,7

Аккумулятор

11,2

Остекление

15,7

Обшивка

94

Лонжероны, нервюры, шпангоуты

22,5

Система охлаждения

2,2

Моторама

4,5

Окраска

6,7

Топливный бак

6,7

Проводка управления

4,5

Парашют

13,5

Всего

285,4

Вес пустого, полученный с помощью весовой сводки составляет 285,4 кг, что на 19,4 кг больше, чем вес пустого самолета, полученный в результате расчета по формуле. Причиной этого может быть добавление к весовой сводке парашюта и больший вес панелей обшивки. Удельный вес обшивки брался из расчета 2 кг/кв. м. При использовании легких сендвич-панелей, с удельным весом 1,25 кг/кв. м можно уменьшить вес пустого до 250 кг. Хотя такие панели будут иметь значительно меньшую прочность и могут быть легко повреждены даже при незначительной аварии или ударе.

Предыдущий анализ иллюстрирует один из наиболее важных параметров "летающего крыла" малого размаха. Они имеют большую площадь работающей обшивки. Соответственно вес такого самолета чувствителен к удельному весу обшивки.

Использование как пример FMX-4. В следующей таблице представлен результат такого анализа. За основу берется вес пустого FMX-4, затем вес корректируется в соответствии с параметрами опытного самолета. Предполагается, что самолет будет иметь ту же трубчатую конструкцию, но металлическую обшивку, вместо тканевой и другой двигатель.

 

Вес, кг

Пустой FMX-4

165

Удаление Rotax 503

- 45

Установка Jabiru 2200

61

Добавление аккумулятора

11,2

Добавление второго сидения

6,7

Добавление приборов и оборудования

9

Более прочное шасси

4,5

Усиление конструкции

13,5

Добавление электросистемы

4,5

Удаление тканевой обшивки

- 13,5

Добавление металлической обшивки

60

Всего

276,9

Полученное значение веса (276,9 кг) наиболее близко к величине веса, полученного по формуле (266 кг). Значение веса, полученного с использованием весовой сводки больше (285,4 кг), но учитывает использование более прочной обшивки.

С целью анализа летных характеристик в качестве расчетного был принят вес пустого самолета, определенный по весовой сводке - 285,4 кг.

Анализ летных характеристик

Анализ характеристик самолета проводился на основании значений сопротивления и весовых данных, определенных в предыдущих разделах. Самолет имеет максимальный взлетный вес 525 кг (285 кг вес пустого и 240 кг полезная нагрузка). На самолет устанавливается 80-сильный поршневой двигатель, с винтом фиксированного шага. Характеристики винта соответствуют режимам крейсерского полета самолета Cessna 152.

Полученные результаты представлены на следующем графике:

(Примечание: Rate of climb - скороподъемность (1ft/min = 0,005 м/с), True airspeed - скорость (1 knot = 1,82 км/ч), Sea level - высота над уровнем моря (1 ft = 0,3 м))

График показывает зависимость скороподъемности от скорости горизонтального полета и высоты. Максимальная скорость - наибольшая скорость, при которой значение скороподъемности при максимальной мощности двигателя равно нулю. Соответственно, опытный самолет будет иметь максимальную скорость приблизительно 204 км/ч на уровне моря, крейсерская скорость на высоте 2700 м при 75% мощности - 190 км/ч. Скороподъемность на уровне моря будет составлять чуть более 5 м/с. Эти показатели сравнимы с характеристиками Cessna 152, которое имеет максимальную скорость 200 км/ч и крейсерскую 195 км/ч на высоте 2400 м. Скороподъемность опытного самолета (5 м/с) значительно лучше, чем тот же показатель у C-152 (3,57 м/с).

Важно, что опытный самолет достигает крейсерских характеристик, схожих с Cessna и той же полезной нагрузкой, используя меньшую на 31% мощность. Это значительно уменьшает стоимость двигателя и также расход топлива, пропорционально уменьшению мощности.

Взлетные характеристики

Взлетные характеристики опытного самолета, Cessna 152 и Diamond Eclipse представлены в следующей таблице:

Модель

Длина разбега на уровне моря, м

Полная взлетная дистанция до высоты 15 м, м

Cessna 152

215

355

Diamond Eclipse

260

430

Опытный самолет

135

230

Эти значения - приближенные, но они позволяют сравнить взлетные характеристики. Опытный самолет имеет значительно лучшие взлетные характеристики, чем любой из двух, представленных стандартных самолетов того же класса. Причина этого в более низкой нагрузке на площадь крыла у опытного самолета.

Стандартные самолеты взлетают с убранными или выпущенными на очень небольшой угол закрылками, так что на взлете максимальный коэффициент подъемной силы имеет небольшое значение (около 1.35). Хотя "летающее крыло" малого размаха имеет более низкий максимальный коэффициент подъемной силы (около 1.0) чем любой из стандартных самолетов, низкая нагрузка на крыло компенсирует это.

Максимальная скороподъемность

Значения максимальной скороподъемности при максимальных оборотах двигателя для четырех моделей самолета представлены на следующем графике:

Примечание Rate of climb - скороподъемность (1 ft/min = 0,005 м/с, altitude - высота (1ft = 0,3 м)

В высотах до 1200 м 80-сильный опытный самолет имеет самый высокий показатель скороподъемности. На больших высотах скороподъемность Diamond Eclipse превышает скороподъемность опытного самолета. По сравнению с оставшимися цельнометаллическими самолетами, опытный самолет имеет более высокий показатель скороподъемности вплоть до высоты 4500 м.

Высокое значение скороподъемности опытного самолета объясняется малым взлетным весом. Величина скороподъемности напрямую зависит мощности, а опытный самолет, как было отмечено выше, имеет избыток мощности 30% по сравнению с другими образцами. На больших высотах скороподъемность Diamond Eclipse выше, так как он имеет более высокое значение аэродинамического качества. При сравнении характеристик было принято, что все самолеты оборудованы винтами фиксированного шага, так что характеристики в значительной мере зависят от диаметра и шага винта.

Аэродинамическое качество

Значения качества самолетов, в зависимости от скорости полета представлены на следующем графике:

(Примечание: Airspeed - скорость (1knot = 1,82 км/ч), L/D - аэродинамическое качество)

Опытный самолет имеет максимальное значение аэродинамического качества 10.5 при скорости полета 136 км/ч. Этот показатель очень близок к максимальному значению аэродинамического качества Cessna 152 (10.3).

Графики показывают, что опытный самолет достигает максимального значения аэродинамического качества при более высокой скорости, чем Cessna. Соответственно, на скоростях выше 125 км/ч, опытный самолет является более аэродинамически эффективным, чем Cessna. Различие возникает на крейсерских скоростях. При скорости 180 км/ч, Cessna имеет аэродинамическое качество 7, а опытный самолет 8.9, что на 27% выше.

На основании данных анализа можно сказать, что опытный самолет сравним по эффективности с цельнометаллическим подкосным монопланом Cessna 152, но имеет худшие показатели по сравнению со стеклопластиковым Diamond DA20-C1 “Eclipse”, который имеет более высокое качество практически во всем диапазоне скоростей.

Сопротивление и мощность

Сопротивление самолета зависит от веса самолета и величины аэродинамического качества.

На следующем графике показана зависимость сопротивления по скорости.

Стоит отметить, что сопротивление опытного самолета ниже, чем сопротивление Cessna 152 во всем диапазоне скоростей, даже если Cessna имеет более высокое значение аэродинамического качества на скорости ниже 125 км/ч. Дело в том, что опытный самолет имеет более низкий вес. Из-за более высокой весовой отдачи, опытный самолет с полезной нагрузкой 240 кг имеет взлетный вес 525 кг, а Cessna 152 весит 750 кг при полезной нагрузке 230 кг. Это 30% различие в величине максимального взлетного веса достаточно, чтобы преодолеть различие в величине аэродинамического качества на низких скоростях, а на крейсерских скоростях получить преимущество перед Cessna. На скорости 180 км/ч сопротивление опытного самолета в два раза ниже, чем у Cessna 152.

(Примечание: Drag - сопротивление (1pound = 0,45 кг), airspeed - скорость (1knot = 1,82 км/ч))

Более низкого взлетного веса опытного самолета достаточно, чтобы превысить даже преимущество Eclipse. На приведенном выше графике видно, что сопротивление опытного самолета немного выше чем у Eclipse, но различие небольшое. На крейсерских скоростях сопротивление опытного самолета всего на 5% выше чем у Eclipse.

Графики сопротивления отражают величину потребной мощности для горизонтального полета. Следующие два графика показывают величины потребной мощности для разных высот:

(Примечание: Dhp - потребная мощность (л. с.), airspeed - скорость (1knot = 1,82 км/ч))

Выводы по фасетмобилю

Не смотря на то, что основной целью исследования было проектирование самолета, имеющего низкую стоимость, а не высокие характеристики, опытный самолет с двигателем мощностью 80 л. с. показал схожие характеристики с самолетом Cessna 152.

Опытный самолет, имеющий схему "летающее крыло" малого размаха с двигателем 80 л.с. имеет летные характеристики сравнимые с цельнометаллическими учебно-тренировочными самолетами, оборудованными двигателями Lycoming O-235 мощностью 110 л.с.. Кроме того опытный самолет имеет меньшую взлетную дистанцию и скороподъемность.

Опытный самолет, имеющий схему "летающее крыло" малого размаха имеет меньшую взлетную дистанцию и более высокую скороподъемность, чем композитный Diamond Eclipse. Крейсерские характеристики соответствуют Cessna 152, меньше, чем у Diamond Eclipse. Но при этом по сравнению с Diamond Eclipse с двигателем мощностью 125 л. с. мощность опытного самолета составляет 80 л. с.

The overall system-level transport efficiency of the low aspect ratio study airplane is significantly superior to the classical riveted all-metal airplanes, and comparable to a modern, molded all-composite machine. Общая эффективность опытного самолета значительно выше, чем у классических цельнометаллических самолетов, и сравнима с самолетами, имеющими композитную конструкцию.

Фарман F.1020

Использовано - /enc/xplane/f1020.html

Некоторые "летающие блины" не обладали идеально круглым крылом, а скорее напоминали блин, разрезанный пополам. К числу таких самолетов относится французский самолет Farman F.1020, созданный в 1934 году.

Модификация F.1020

Размах крыла, м - 7.20

Длина, м - 8.27

Высота, м - 2.22

Площадь крыла, м2 - 27.00

Масса, кг

пустого самолета -

нормальная взлетная -

Тип двигателя - 1 ПД Lorraine 5Pb

Мощность, л.с. - 1 х 110

Максимальная скорость , км/ч - 200

Экипаж - 2

При разработке машины возникли интересные проблемы с размещением поверхностей аэродинамического управления. Традиционные элероны были установлены на выступающих законцовках полукруглого крыла, а на задней кромке крыла были размещены закрылки с большой хордой. Традиционное хвостовое оперение располагалось на конце фюзеляжа.

Ультралегкий самолет Eureka

Eureka. (Swiss). Single-seat, single-engine, low-wing monoplane with 3-axis control. Roll control by wing warping. Double surface wing with NACA 23015 profile. Taildragger with no brakes. Aluminum-alloy tube airframe. Designed by Bertrand Piccard and folds up for cartopping and easy storage. Wing span 24’, wing area 115 sq/ft. 27 hp Rotax 277 tractor engine. Empty weight 216 lbs. Payload 265 lbs. Load factors +6 Gs and -4 Gs. Cruise 50 mph, stall 31 mph. Climb rate 590 fpm. Glide ratio 6:1. Looks like what Batman would fly. Piccard Aviation.

Самолет Duke Delta

Использовано - - http://en.wikipedia.org/wiki/Dyke_Delta

The Dyke JD-2 Delta is a utility aircraft designed in the United States in the 1960s and marketed for homebuilding. It is a monoplane with retractable tricycle undercarriage and seating for four. The wings can be folded for towing or storage and hinge upwards to lie flat above the fuselage, one atop the other. Construction is of 4130 steel tube framework with fiberglass and fabric skins. In its standard configuration, the aircraft is a true double-delta with no horizontal stabilizer, a small T-tail, for trimming higher-power engines is an option. Since the mid-1960s, designer John Dyke has sold the aircraft plans to homebuilders. No kits were ever marketed. Over fifty examples have been completed[1].

Development

The Dyke Delta is an example of an experimental amateur-built aircraft.

Dyke is reputed[by whom?] to have said that the Delta "flies like other planes should but don't", probably referring to the benign (virtually non-existent) stalling characteristics at low all-up weights.

Designer John Dyke said his inspiration for the aircraft came from Alexander Lippisch's delta designs, specifically the LP-6 glider and later the Convair F-102 Delta Dagger. The double delta layout of the Saab 35 Draken was incorporated into the design. A lifting body fuselage was incorporated after tests.[2]

Промежуточные выводы и допустимые решения

В область для дальнейшего анализа и моделирования попал концепт вариации фасетмобиля и классической устойчивой самолетной компоновки, представленный ниже.

Далее по второй главе выполняется анализ ломаных треугольных профилей данного сверхлегкого летательного аппарата с помощью программы анализа профилей JavaFoil, и его физическое моделирование на радиомодели масштаба примерно 1:10.

Приложение А. Сверхлегкий самолет (США)

Использовано – /cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1315587753/90

В США ультралайты классифицируются как транспортные средства (vehicles), не самолеты, и не требуют регистрации, а от их пилота не требуется пилотской лицензии или свидетельства. [1] [2]

Американское определение "ультралайта"

Регулирование сверхлегкой авиации в Соединенных Штатах, покрывается Главой 14 Кодекса Федеральных Инструкций (Federal Aviation Regulations), Часть 103 или 14 CFR, Часть 103, которые определяют "ультралайт" как транспортное средство, которое:

Имеет только одно место [1] [2]
Используется только для развлекательных или спортивных полетов [2]
Не имеет американского или иностранного свидетельства лётной годности [1]
Если безмоторное, весит менее 155 фунтов (70,3 кг) [1]

Если моторное:
1. Имеет менее 254 фунтов (115 кг) пустого веса, исключая поплавки и средства спасения [1]
2. Имеет максимальный запас топлива 5 американских галлонов (19 л); [2]
3. Имеет максимальную скорость 55 узлов (102 км/ч; 63 мили в час), измеряется в горизонтальном полете на полной мощности [1]
4. Имеет скорость сваливания с выключенным двигателем не выше 24 узлов (45 км/ч; 28 миль в час), измеряется воздушная скорость [1]

Сертификация

Сверхлегкие транспортные средства, их части и оборудование не обязаны иметь сертификацию по авиационным стандартам. [1]

Управляющие сверхлегкими транспортными средствами не обязаны иметь аэронавигационных знаний, авиационных опыта и документов, медицинских свидетельств, могут быть любого возраста. [1]

Сверхлегкие транспортные средства не обязаны быть зарегистрированными и иметь соответствующие опознавательные знаки. [1]

Использование

На сверхлегком транспортном средстве нельзя летать между закатом и восходом солнца. [1]
Сверхлегкими транспортными средствами можно управлять в сумерки за 30 минут до официального восхода солнца и спустя 30 минут после заката или на Аляске во время сумерек согласно определению Воздушного Альманаха (Air Almanac), если:
1. У транспортного средства есть внешнее освещение, видимое минимум за 3 мили. [1]
2. Полет производится только в неконтролируемом воздушном пространстве [1]

Сверхлегкими транспортными средствами нельзя управлять в черте густонаселенного пункта, города, или над скоплением людей, происходящим на открытом пространстве. [1]
Амфибийноое шасси и баллистические парашютные системы могут иметь дополнительный вес. [1]
В Соединенных Штатах, при том, что для управления сверхлегким средством никаких лицензий или обучения закон не требует, обучение весьма желательно. [2]

Сноски

  1. Federal Aviation Administration (January 2007). "Title 14: Aeronautics and Space, Part 103 - Ultralight Vehicles". Retrieved 2008-01-23.

  2. 2. United States Ultralight Association (2009). "Frequently asked Questions". Retrieved 2009-08-16.

Источник: /wiki/Ultralight_aircraft_(United_States)

Приложение Б. Чертежи и рисунки фасетмобиля

Приложение 1. Выкройка модели 1:50

Ссылка - /AVIA/FACETMOBILE/fmx4_parts.pdf

Приложение РЧФ. Рисунки и чертежи фасетмобиля FMX-4

С сайта - http://www.hbrf.org.nz/joomla/index.php?option=com_content&view=article&id=224&Itemid=1

Приложение 2. Раскладка летающей модели FMX-4 масштаба 1:25

1


5

10


15

20

Днище и

стабилизаторы

Линия сгиба






ЦТ




ЦД

Линия сгиба


























Верхняя часть и вид сбоку

1







Н2










Н1



5











Р1





Р2

10






15



20








Примечания. Накладки Н1 и Н2 – закрывают разрез Р1 и Р2 внутри.

Рисунок с сайта - http://www.hbrf.org.nz/joomla/index.php?option=com_content&view=article&id=224&Itemid=1

Приложение С. Радиомодель фасетмобиля
Общие сведения

Размер модели 500 * 380 мм

Комплектующие

См. файл – http://v-school.narod.ru/AVIA/FACETMOBILE/fmx-rmodel.doc

Электроника для авиамодели и Выбор аппаратуры

Использовано - /electronika

Использовано - /obzorm/40-modelthing/234-appa

Геометрия фасетмобиля и ее параметры

Рисунок фасетмобиля

Параметры модели

А – длина

B - ширина

C – высота

D 1 – ширина двигательного отсека

D 2 - высота двигательного отсека

E - ширина пилотского сектора

F – ширина первого от носа сектора

G – длина первого от носа сектора

H – длина второго от носа сектора

I – ширина руля высоты

J – длина руля высоты и элеронов

K – ширина элерона

L – высота руля направления

M – ширина верхней кромки руля направления

N - высота подъема по задней кромке крыла

O – ширина руля направлений

-

Дальнейший шаг – описание данной конфигурации в пакете Solid Works, используемого как графический препроцессор.

Ссылки и литература по главе 1

Экспериментальные, центропланы и ломаные конструкции
  1. Отчет NASA LARC NAG-1-03054- /

  2. Ветка обсуждения фасетмобиля на Форуме Ассоциации экспериментальной авиации
    - /cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1223569620/531#531

  3. Видео полетов модели GTx9 по прототипу FMX-4
    - /watch?v=FnDW2rzV2BM&playnext_from=TL&videos=60xeiuw0EmI

  4. Видео полета самого самолета FMX-4
    - /watch?v=djdG0TNvPio&feature=related

  5. Сайт BarrieJ. Russell с моделью FMX-4
    - http://www.hbrf.org.nz/joomla/index.php?option=com_content&view=article&id=224&Itemid=1

  6. Duke delta - /wiki/Dyke_Delta
    - /forums/showthread.php?t=1398420&page=4

  7. Планер Платца – /cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1319035202/30#30

  8. Ветка Самолеты до 115 кг - /cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1315587753/296#296

Подборка ссылок по сверхлегким летательным аппаратам
  1. Фарман - /enc/xplane/f1020.html

  2. - /viewtopic.php?f=7&p=594&sid=5db0b1afa90db0afd05ed758cadc5a73#p594

  3. - /watch?v=Hs58wh6PN7A&feature=player_embedded

  4. - /watch?v=5-qSl0yQ4pY&feature=player_embedded#!

  5. Eureka -http://vir/e.htm

  6. - http://bkb.koendu.pl/?skowronek,32

  7. Видео управления по схеме «утка» - /watch?v=H60zFi11OMU&feature=related

  8. Самолет Skyranger - /watch?v=dReGzEDJuv0

  9. Самолет PIK-26 Mini-Sytky - http://gamma.nic.fi/~wilpu/

  10. СЛА Quickie - /watch?v=M7pLwXnRZok&feature=related

  11. World's Smallest Dirigible - /watch?v=a9jVS2AqD2I&feature=related

  12. Bumble Bee II - /watch?v=eKdR68KswSQ&feature=related

  13. Sunny-Boxwing flight experience - /watch?v=XGSwkETNuGs&NR=1

  14. Blake's Minimax - /watch?v=hutbS-VZuFA&feature=related

  15. SD-1 Minisport homebuilt ultralight aircraft - /watch?v=ZKOrmETgMkM&feature=related

  16. Flight of the Aeronca C3 "Bathtub"- /watch?v=ohyNERe7SI0&feature=related

  17. Le Pelican 1st FLT - /watch?v=vjoz70nasqc&feature=related

  18. ppg motor on a hang glider - /watch?v=z1G1wxkYFa8&feature=related

  19. - http://www.wi

  20. - http://bkb.koendu.pl/?kc-200,39 \ http://bkb.koendu.pl/?kasperwing,31

  21. - http://www.epp-fun.de/frame.htm?/bekas.htm

  22. - /watch?v=n2J0e5_r6JA&NR=1

Обсуждения, теория и Википедиа
  1. - /wiki/Stall_%28flight%29

  2. - /forums/light-stuff-area/2943-witold-kasper-14.html

Мультфильмы, шутки и прочее
  1. Летающая газонокосилка
    - /tracks/4154383.html?v=820b819ddf8936ea709df61d678af29a
    - /tracks/2866840.html?v=8b75a64352687cca4eb1f4606f14b262

  2. Мультфильм «Крылья, ноги и хвосты» - /watch?v=DLy8gPLyqVQ

  3. Мультфильм «Икар и мудрецы» - /watch?v=S22RkIpx8_s&feature=related

  4. Два барана о своем - /watch?v=QVKyPw3UwnU&feature=related

  5. X-Plane WeeBee World's Smallest manned - /watch?v=uAWnOxUI7Rc&NR=1

Прочее
        1. Сайт любителей авиации - /h/prog.htm

- 29 -

1

Смотреть полностью


Скачать документ

Похожие документы:

  1. Экспериментальное народное самолетостроение (1)

    Документ
    Сазанов В.М. Экспериментальноенародноесамолетостроение Рабочие материалы Экспериментальноенародноесамолетостроение Сазанов В.М., ктн ... Малая авиация, Ультралайт Оглавление Экспериментальноенародноесамолетостроение 2 Глава 1. Предварительный ...
  2. Экспериментальное народное самолетостроение (2)

    Краткое содержание
    Сазанов В.М. Экспериментальноенародноесамолетостроение \ Глава 2. Рабочие материалы Экспериментальноенародноесамолетостроение Глава 2. Прикладная народная аэродинамика Краткое содержание главы. ОГЛАВЛЕНИЕ ...
  3.  экспериментальное народное самолетостроение

    Документ
    ОГЛ Экспериментальноенародноесамолетостроение ГЛОССАРИЙ Режим отладки-наполнения А Аэродинамика – ...
  4. Глава 2 Прикладная народная аэродинамика

    Краткое содержание
    ... Экспериментальноенародноесамолетостроение Глава 2. Прикладная народная аэродинамика Краткое содержание главы. ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 2. Прикладная народная ... Нетрадиционные аэродинамические схемы с сайта экспериментальной авиации Гидросамолет - / Биплан ...
  5. Республиканский дом народного творчества «вечный космос» (методико-практические материалы посвященные году российской космонавтики)

    Документ
    ... ДАГЕСТАН РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ДОМ НАРОДНОГО ТВОРЧЕСТВА «ВЕЧНЫЙ КОСМОС» ( ... награжден орденом Знамени Венгерской Народной Республики первой степени с ... начале XX веков появились экспериментальные изыскания в области самолетостроения. Ведущая роль в ...

Другие похожие документы..