Системы и компоновка летательного аппарата

При проектировании ЛА прежде всего вырабатывается его концепция (от лат. conceptio – понимание, система представлений) – ведущий замысел, основной конструктивный принцип, который закладывается в проект и позволяет надеяться на возможность выполнения ТЗ, поставленного заказчиком, в соответствии с заданными критериями эффективности.
На этой стадии проектирования основное внимание уделяется формированию облика ЛА. Выбирается схема, оцениваются возможные летно-технические характеристики ЛА как транспортной (несущей) системы, намечаются состав и функциональные возможности систем (оборудования) ЛА, обеспечивающих специфику выполняемой ЛА задачи, оговоренной ТЗ на проект, определяется в первом приближении взлетная масса самолета, которая (см. главу 9) может служить (при прочих равных условиях) критерием эффективности при выборе проектного решения.
Создание ЛА – это сложный, многоступенчатый процесс. В результате нескольких итераций (от лат. iteratio – повторение) – циклических проработок проекта с возрастающей детализацией и точностью – с системных позиций согласованно решаются все вопросы и создается техническая документация, регламентирующая все этапы жизненного цикла ЛА.
В основе проектирования с системных позиций лежит предположение о возможности расчленения системы на составляющие ее относительно самостоятельные подсистемы (системы нижнего уровня).
В качестве таких систем при проектировании самолета обычно выделяют системы, приведенные на схеме (рис. 1.4), которая иллюстрирует также функциональную связь систем самолета с требованиями ТЗ и характерными массами самолета. На схеме используются следующие обозначения: m_о – взлетная масса самолета; m _к – масса конструкции самолета; m _п.н – масса полезной (коммерческой) нагрузки; m _с.н – масса снаряжения и оборудования, которое обеспечивает определенные условия комфорта полезной нагрузки на борту; m _о.у – масса оборудования управления, которое обеспечивает эксплуатацию самолета в заданных условиях; m _с.у – масса силовой установки, обеспечивающей необходимую скорость полета для доставки полезной нагрузки за время Т на расстояние L; m _т – масса топлива на борту.

На этом же рисунке показан в одинаковом масштабе внешний вид двух пассажирских самолетов, иллюстрирующий изменение облика и размеров самолетов за последние годы.
Планер самолета (крыло с рулевыми поверхностями (элеронами), корпус самолета – фюзеляж (франц. fuselage, от fusele – веретенообразный, fuseau – веретено), горизонтальное оперение с рулями высоты, вертикальное оперение с рулями направления), система управления самолетом и взлетно-посадочные устройства (шасси; взлетно-посадочная механизация крыла – закрылки и предкрылки) определяют в основном облик и компоновку самолета.
Планер самолета, система управления, взлетно-посадочные устройства и силовая установка (двигатель и топливная система) образуют собственно самолет, т. е. транспортную (несущую) систему.

1.4. Функциональная связь систем и характерных масс самолета с требованиями ТЗ.

Остальные системы определяют специфику (тип) самолета, т. е. обеспечивают выполнение самолетом основной задачи, сформулированной ТЗ на проектирование.
Пассажирское бортовое или специальное оборудование и системы кондиционирования и индивидуального жизнеобеспечения создают необходимые условия комфорта и обслуживания полезной нагрузки.
Системы спасения и десантирования и системы защиты (противопожарная, антиобледенительная) обеспечивают выживаемость полезной нагрузки и самолета в целом в аварийной ситуации.
Пилотажно-навигационное и радиотехническое оборудование обеспечивает навигацию и пилотирование самолета в заданных условиях эксплуатации.
Энергетическое оборудование (электрические, гидравлические и газовые системы) обеспечивает функционирование основных систем самолета.
На рис. 1.5 в качестве примера показаны общий вид и укрупненная компоновочная схема самолета Ил-114 (ОКБ им. С.В. Ильюшина). В самолете, как и в любой другой системе, нет резких функциональных границ между подсистемами (системами нижнего уровня). Взаимосвязи между подсистемами достаточно сложны, поэтому границы между ними размыты. Одна из основных задач при проектировании – максимально точно и

1.5. Общий вид и укрупненная компоновочная схема самолета Ил-114.

объективно определить роль каждой системы и описать взаимосвязи этой системы с другими системами в процессе функционирования. Проследим только некоторые группы связей между системами самолета.
1. Сила тяги двигателя, входящего в состав силовой установки, передается на конструкцию планера самолета. Двигатель получает воздух от воздухозаборников по воздуховодным каналам, а топливо – из баков-отсеков. Воздухозаборники, воздуховодные каналы и баки-отсеки органически входят в силовую конструкцию планера самолета.
2. С вала двигателя снимается мощность для привода генераторов электроэнергии. От компрессора двигателя отбирается горячий воздух для подачи его в кабину и приборные отсеки (система кондиционирования) и для борьбы с обледенением конструкции (система защиты).
3. Электротехническое оборудование вырабатывает электроэнергию для работы практически всех систем самолета (например, радиостанций, освещения пассажирских салонов, привода подкачивающих насосов в топливных баках, электромеханизмов в системе управления).
4. Пилотажно-навигационное оборудование выдает информацию практически для всех систем самолета (например, для системы управления работой силовой установки и управления рулевыми поверхностями при автоматическом пилотировании самолета).

1.6. Укрупненная компоновочная схема орбитального космического комплекса "Мир".

На рис. 1.6 в качестве примера показана укрупненная компоновочная схема постоянно действующего орбитального космического комплекса на базе орбитальной станции «Мир» (базовый модуль) 3, дооснащенной состыковавшимися с ним на орбите технологическими и исследовательскими модулями «Кристалл» 7, «Природа» 5, «Квант» 2, «Квант 2» 4, «Спектр», который на рисунке не виден (его загораживают панели солнечных батарей 6 базового модуля «Мир»).
Связь орбитального комплекса «Мир» с Землей осуществляется с помощью одноразовых транспортных кораблей «Союз ТМ» 1 для доставки на орбиту и возвращения на Землю экипажей и грузов и «Прогресс» для доставки грузов, а также американского многоразового орбитального корабля (многоразового космического самолета) «Спейс Шаттл» («SpaceShuttle») 9, стыкующегося с комплексом через универсальный стыковочный узел 8.
Даже первое знакомство с этими типичными для современного уровня развития авиационной и ракетно-космической техники летательными аппаратами дает представление о сложности проблем, которые приходится решать специалистам, работающим в ОКБ, НИИ и авиакосмической промышленности.

Глава 2