авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Методология формирования обликовых эксплуатационно-технических характеристик высокоэффективных самолетов нового поколения

-- [ Страница 2 ] --

В направлении повышения данного параметра ученые и конструкторы добились значительного успеха, получив 17…20 ед. при крейсерской скорости 850…900 км/ч. Дальнейший рост Ка прогнозировать в рамках традиционных схем конструкций самолетов не представляется возможным, несмотря на то, что созданы новейшие суперкритические профили крыла самолета, а поверхность планера стала близкой к зеркальной. Налицо проявление «аэродинамического барьера».

Удельный расход топлива. За 50 лет удельный расход топлива газотурбинных двигателей снижен более чем в 2 раза и составляет менее 0,6 кг/кгсч, а удельный расход топлива новых самолетов за 22 года эксплуатации не снизился ниже достигнутого уровня, полученного на самолете А-320 в 1986 г.

Рейсовая скорость. Увеличение рейсовой скорости Vр ведет к увеличению часовой производительности, однако, до определенного предела. С увеличением vp возрастают скорости взлета-посадки.

До 70% всех аварий совершается именно на этих этапах полета. При увеличении vпос/взл возрастают ограничения по метеоусловиям (посадочные минимумы).

Ограничения по расходу топлива привели в последние годы к снижению Vр с 950 до 800 км/ч. С данными обстоятельствами связано прекращение эксплуатации сверхзвукового французского самолета «Конкорд». Возник «скоростной барьер».

Уровень шума и эмиссия. Проблема уровня шума в последние годы приняла для отечественных самолетов угрожающие масштабы. Требования Главы 4 Приложения 16 к Чикагской конвенции не позволяют основному парку отечественных самолетов выполнять международные полеты – «экологический барьер».

Комфорт самолета. Характеристиками, определяющими комфорт, являются габариты пассажирских кресел, кратность обмена воздуха в кабинах самолета и др. Обеспечение комфортных условий требует увеличения объемов кабин и массы конструкции самолетов, увеличения потребной тяги двигателей и расхода топлива. Возникает «барьер комфортабельности».

Проблемам обеспечения и управления надежностью и безопасностью полетов в работе уделено особое внимание в последующих главах

Безопасность полетов. Обеспечение безопасности полетов признается важнейшей приоритетной задачей для всех государств мирового авиационного сообщества. Это в полной мере касается и региона СНГ.

На рис. 1 представлена негативная тенденция, возникшая в последние годы, которая характеризуется возрастающим количеством авиационных происшествий на 100 тыс. посадок. С 2006 года в ИКАО введено новое Руководство 9859 (РУБП) и поправка 30 к Приложению 6 Чикагской конвенции о гражданской авиации. Разработана система управления безопасностью полетов (SMS), которая охватывает все составляющие авиационной транспортной системы, однако не затрагивает проблемы эксплуатации самолетов будущего поколения.

На рис. 2 представлена динамика по годам характеристик безопасности полетов в регионе СНГ.

Настораживает, что последние годы, как в нашем регионе, так и в целом в мировом авиационном сообществе, 80…85% авиационных происшествий связаны с отклонениями в действиях летного состава и объединены они единой причинно-следственной связью – недостаточной профессиональной подготовкой, и как следствие – нарушением правил и норм выполнения полетов, принятием необоснованных решений, неготовностью к распознаванию причин и признаков развития особых ситуаций и действиям по их локализации.

" width="900" >

Рис. 1. Количество происшествий,

сопровождающихся гибелью пассажиров, на 100 тыс. посадок самолетов при регулярных перевозках авиакомпаниями мира.

Рис. 2. Динамика характеристик безопасности полетов в регионе СНГ.

В тоже время, летно-технические свойства, заложенные в конструкцию современных самолетов, не всегда обеспечивают необходимые возможности для исправления ошибок пилотирования, а в некоторых случаях их усугубляют.

Таким образом, возникает сложнейшая технико-экономическая проблема, вызывающая острую необходимость проведения глубоких исследований перечисленных выше критических («барьерных») преград, сдерживающих дальнейшее развитие авиационной техники, разработку и внедрение высокоэффективных и безопасных самолетов нового поколения.

В Главе 2 представлены результаты исследования факторов повышенного риска при выполнении всех этапов профиля полета самолета и его эксплуатации в реальных критических условиях, в частности в зонах Крайнего Севера и Арктики.

Статистический анализ авиационных происшествий подтверждает, что 50% их общего количества приходится на этапы захода на посадку и посадки.

Главным оценочным показателем при выполнении посадки самолета является фактическая посадочная дистанция (Lф), с учетом которой вероятность выкатывания самолета за пределы ВПП можно представить как функционал вида:

, (2)

где: - функция, зависящая от метеоусловий посадки;

- состояние ВПП (сухая, мокрая, покрытая водой, слякотью и т.д.); попутный фактический приземной ветер; сдвиг ветра и другие факторы;

- функция изменения посадочных характеристик самолета;

- конфигурация самолета (положение предкрылок, закрылков, спойлеров);

- функция техники пилотирования;

- скорость посадки; высота над порогом ВПП; длительность выдерживания самолета над ВПП; значение тяги двигателя на посадке; начало торможения и др.

- функция технического состояния смолета;

- состояние тормозов; состояние антиюзовой автоматика; состояние реверса тяги двигателя; состояние наземных спойлеров и др.

- функция, зависящая от положения ВПП;

- отрицательный уклон; положительный уклон; знакопеременный, волнообразный уклон; высота расположения аэродрома (пониженное атмосферное давление увеличивает путевую скорость) и др.

Величина фактической посадочной дистанции прямо пропорциональна кинетической энергии самолета на пороге ВПП – Еn, которую необходимо погасить. Известно, что:

, (3)

где: m – посадочная масса самолета, т;

Vп – посадочная скорость, км/ч.

На рис. 3 представлено распределение энергии торможения на ВПП, покрытой осадками.

Чем меньше кинетическая энергия самолета на пороге ВПП, тем меньше фактическая посадочная дистанция и тем меньше угроза выкатывания самолета за ее пределы.

 Распределение энергии торможения-31

Рис. 3. Распределение энергии торможения на ВПП, покрытой осадками

(Е – уменьшение кинетической энергии), по длине ВПП Lпос.

Самолеты нового поколения должны обладать меньшей кинетической энергией на пороге ВПП за счет снижения массы конструкции (более высокое весовое совершенство) и за счет более низкой минимально допустимой скорости сваливания , соответствующей самолетам с более высоким коэффициентом подъемной силы (СR), большей площадью крыла (S) и, как следствие, минимальной допустимой скоростью над порогом ВПП.

Исходя из этого, можно рассчитать уменьшение кинетической энергии Епор порога для самолетов нового поколения по отношению к самолетам классической схемы

, (4)

где: - масса самолета классической схемы, т;

- масса самолета-аналога нового поколения, т;

- минимально допустимая скорость самолета классической схемы над порогом ВПП;

- минимально допустимая скорость самолета нового поколения над порогом ВПП.

Практика работы фирмы «Эрбас» свидетельствует о том, что изменение скорости на 10% приводит к увеличению или уменьшению посадочной дистанции () на 20%, изменение посадочной массы самолета на 20% приводит к изменению его кинетической энергии до 30%, т.е.

(5)

Внедрение самолетов с такими летно-техническими характеристиками является важнейшим фактором, снижающим риски выкатывания самолетов при посадке.

С состоянием ВПП, особенно в сочетании с «неблагоприятным» боковым ветром, связано более 75% случаев выкатывания самолетов за пределы ВПП.

При анализе условий эксплуатации самолетов на Крайнем Севере и в Сибири, установлено, что более 80% времени в течение года полеты выполняются в критических климатических условиях, связанных с повышенными рисками при посадке на ВПП, покрытую осадками.

Детальный анализ фактического состояния аэродромной сети Российской Федерации, с учетом фактора состояния и размеров ВПП, показал, что с 1992 г. количество действующих аэропортов и аэродромов сократилось с 1300 до 330, а из 162 аэродромов федерального значения 63% по своему состоянию могут «способствовать» повышенным рискам при посадке новых самолетов нового поколения, если они будут сконструированы по прежней (классической) схеме.

На рис. 4 представлен анализ рисков выкатывания при посадке на аэродромы федерального значения РФ.

В сложившейся ситуации только внедрение самолетов нового поколения, приспособленных к коротким взлетно-посадочным дистанциям с низкими удельными нагрузками на ВПП, позволит вернуть в эксплуатацию имеющиеся в РФ аэродромы с обеспечением минимальных рисков авиационных происшествий.

Всего – 162 аэродрома :

  • 12% - риски максимальны
  • 52% - риски с усложнением взлета-посадки
  • 23% - риски минимальны
  • 13% - риски близки к нулю

 Диаграмма распределения рисков-50

Рис. 4. Диаграмма распределения рисков выкатывания при посадке самолетов.

При выполнении взлета самолета следует постоянно учитывать возможность отказа двигателя, и при этом экипаж должен быть готов к своевременным действиям в случае такого отказа. Международные авиационные правила предписывают, что в процессе взлета необходимо учитывать минимальную эволютивную скорость разбега , при которой, в случае отказа критически важного для продолжения полета двигателя, возможно управление самолетом для продолжения взлета с использованием одних аэродинамических рулей, обеспечивающее безопасное продолжение взлета.

Не допускается, чтобы длина траектории движения самолета от точки, где произошел отказ двигателя, до точки восстановления его движения параллельно оси ВПП превышала 9 м (30фт) даже на ВПП, покрытой слякотью. По нормативам FAR и PART экипаж в течение 1 сек. при разбеге самолета должен определить, что произошел отказ двигателя и в течение 2 сек. принять меры (применение тормозов, уменьшение тяги двигателя, включение аэродинамических тормозов), что является на грани человеческих возможностей.

При отказе двигателя на взлете не допускается угол крена взлетающего самолета более 50 и в полете – не более 200. Экипаж при скоростях взлета до 300 км/ч изначально попадает в экстремальные условия эксплуатации с самым высоким уровнем риска.

На самолетах нового поколения не должен потенциально возникать разворачивающий момент при отказе двигателя или нескольких двигателей, а также должна быть обеспечена возможность длительного планирования самолета при отказе всех двигателей.

Анализ безопасности полетов показал, что одной из ошибок экипажа является вывод самолетов на режимы сваливания. Самолеты нового поколения должны иметь более совершенную конструкцию, позволяющую совершать маневры со значительно меньшими скоростями сваливания (Vсв.), создавая незначительные риски, компенсируя ошибочные действия экипажа

, (6)

где: - скорость, соответствующая максимальному коэффициенту

подъемной силы ;

n – перегрузка, направленная перпендикулярно траектории полета при , определяемая по формуле

, (7)

где: Y – подъемная сила; m – масса самолета.

, (8)

Нормативами отечественных и западных производителей введены геометрические ограничения, предупреждающие удары фюзеляжа о поверхность ВПП при больших углах атаки на взлете или посадке, которые зависят от длины фюзеляжа. Например, самолет А-320 имеет длину 38 м – зафиксировано 3 случая; А-340 имеет длину 70 м – зафиксировано 14случаев.

Самолеты нового поколения должны иметь длину или форму фюзеляжа, позволяющего снять эти ограничения.

Если взлет прерван, тормоза должны за счет максимальной кинетической энергии торможения принять на себя нагрев и износ на каждом колесе самолета в допустимом диапазоне. В итоге скорость, на которой возможна полная остановка самолета (Vост.), при данной взлетной массе, ограничена максимальным значением скорости, соответствующей максимально допустимой кинетической энергии торможения (Vкин торм max), т.е.

, (9)

ограничена конструкцией шасси самолета, и в первую очередь, его массой. На самолетах Ту-154 установлена тележка шасси с тремя парами колес, на самолетах А-320, В-737-200 – тележка с одной парой колес. В первом случае экономическая эффективность самолета более низкая, однако, шасси способны выдержать более высокие скорости торможения и самолеты могут садиться и взлетать с минимальными рисками на менее приспособленные ВПП.

В работе представлены материалы исследования допустимых дистанций прерванных взлетов, рис. 5.

На этапе набора высоты рассмотрены ограничения для экипажа при пролете препятствий. Представлены вертикальные запасы расстояния между самолетом и каждым препятствием на траектории взлета и набора высоты.

Установлено, что минимальная допустимая высота пролета препятствий с отказавшим двигателем составляет 10,5 м (35 фт) с дальнейшим усложнением ситуации, связанным с изменениями конфигурации, тяги и массы самолета, что может приводить к повышенным рискам производства полетов.

 Нормативная дистанция прерванного-70

Рис. 5. Нормативная дистанция прерванного взлета

самолетов классической схемы.

Самолеты нового поколения должны иметь большие запасы по пролету препятствий и максимальные градиенты набора высоты эшелонирования.

Далее в работе представлена схема допустимого разворота при взлете на аэродромах, имеющих препятствия. Представлены потери градиента набора высоты при развороте в процентах

, (10)

где: R – тяга двигателя; m – масса самолета; lкр – размах крыльев; Lф – длина фюзеляжа; nz – перегрузка.

В правилах PART и FAR вводится ограничение - «взлетный конус», представляющее собой область, окружающую траекторию взлета, в пределах которой должен обеспечиваться пролет всех препятствий, проектируемых на заданную линию пути.

В разделе работы – «эшелонирование» представлена проблема, стоящая перед мировым авиационным сообществом, – увеличение пропускной способности воздушного пространства. За десять последних лет по интенсивности самолето-вылетов лидируют: регион Северной Америки – 42%; Европа – 29%; Азия, Австралия – 17%.

За пять лет в Северной Америке произошло 32 столкновения, в Европе – 33, в Азии и Австралии – 41. По данным Евроконтроля только в 2000 году над государствами – членами Евроконтроля произошло 1200 опасных сближений в воздухе.

Уплотнение воздушного пространства усложняет ситуацию для экипажей. В 2002 году над Европой введено сокращенное эшелонирование, и в том же году над Боденским озером произошла катастрофа Ту-154М и В 757-200.

Европейским сообществом и США разработана дорогостоящая система обеспечения безопасности полетов SESAR и NextGen для полетов самолетов классической схемы, однако, будущее развитие гражданской авиации только за созданием высотных пассажирских самолетов нового поколения с высоким аэродинамическим качеством, способных летать на незагруженных эшелонах свыше 12 км, исключающих полеты в грозовых облаках и зонах обледенения.

В разделе «влияние экстремальных внешних условий на сохранение летной годности самолетов» даны характеристики функционирования системы «оператор – внешняя среда – самолет».

Наиболее существенное воздействие на данную систему оказывает сочетание низких температур, высокой влажности и больших скоростей воздушных масс.

По результатам анализа реальных условий эксплуатации самолетов в зонах Крайнего Севера и Арктики проведена количественная оценка степени влияния климатических факторов на надежность оборудования самолетов, низкий уровень которой создает дополнительные трудности для авиационного персонала.

В результате исследования установлено, что ряд систем, агрегатов и оборудования неустойчивы к нормальному функционированию при экстремальных внешних воздействиях. Для оценки влияния этих условий в работе предложен численный критерий устойчивости самолета и его систем (Kуст.)

, (11)

где: - количество отказов при эксплуатации самолета в нормальных условиях воздействия внешней среды, при этом нормальными условиями считаются летние месяцы;

- количество отказов при эксплуатации в экстремальных условиях; - налет в нормальных условиях;

- налет в экстремальных условиях;

m – рассматриваемый период времени.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.