Билет 24. 1.Конструкция фюзеляжа типа полумонокок

1.Конструкция фюзеляжа типа полумонокок.
Монокок - это когда сам фюзеляж самолета является несущим. В этом случае все нагрузки держит именно оболочка фюзеляжа. До применения монокока фюзеляжи были рамные или каркасные, там оболочка ничего не держала, а зачастую и отсутствовала вовсе.
Полумонокок - это конструкция фюзеляжа, в которой несущим является не только сам корпус, но и дополнительные силовые элементы (например шпангоуты).

В фюзеляжах типа полумонокок восприятие внешних силовых факторов обеспечивается совместной работой продольных элементов и обшивки.

В стрингерно-балочном фюзеляже (стрингерный полумонокок) изгибающий момент воспринимается растяжением-сжатием сводов несущей обшивки, подкрепленной стрингерами.

В лонжеронно-балочном фюзеляже (лонжеронный полумонокок) обшивка, подкрепленная стрингерами, работает только на сдвиг, воспринимая крутящий момент и перерезывающую силу.

Изгибающий момент воспринимают продольные балки.

2. Назначение и работа механизации крыла.
Механиза́ция крыла́ — совокупность устройств на крыле летательного аппарата, предназначенных для регулирования его несущих свойств. Механизация включает в себя закрылки, предкрылки, интерцепторы, спойлеры, флапероны, активные системы управления пограничным слоем и т. д.

Закрылки — отклоняемые поверхности, симметрично расположенные на задней кромке крыла. Закрылки в убранном состоянии являются продолжением поверхности крыла, тогда как в выпущенном состоянии могут отходить от него с образованием щелей. Используются для улучшения несущей способности крыла во время взлёта, набора высоты, снижения и посадки, а также при полёте на малых скоростях. Существует большое число типов конструкции закрылков:

Принцип работы закрылков заключается в том, что при их выпуске увеличивается кривизна (Сy) профиля и (в случае выдвижных закрылков[1], которые также называют закрылками Фаулера[2]) площадь поверхности крыла (S), следовательно, увеличивается и несущая способность крыла. Возросшая несущая способность крыла позволяет летательным аппаратам лететь без сваливания при меньшей скорости. Таким образом, выпуск закрылков является эффективным способом снизить взлётную и посадочную скорости. Второе следствие выпуска закрылков — это увеличение аэродинамического сопротивления. Если при посадке возросшее лобовое сопротивление способствует торможению самолета, то при взлёте дополнительное лобовое сопротивление отнимает часть тяги двигателей. Поэтому на взлёте закрылки выпускаются всегда на меньший угол, нежели при посадке. Третье следствие выпуска закрылков — продольная перебалансировка самолёта из-за возникновения дополнительного продольного момента. Это усложняет управление самолётом (на многих современных самолётах пикирующий момент при выпуске закрылков компенсируется перестановкой стабилизатора на некоторый отрицательный угол). Закрылки, образующие при выпуске профилированные щели, называют щелевыми. Закрылки могут состоять из нескольких секций, образуя несколько щелей (как правило, от одной до трёх).

Флапероны (зависающие элероны) — элероны, которые могут выполнять также функцию закрылков при их синфазном отклонении вниз. Широко применяются в сверхлёгких самолётах[3] и радиоуправляемых авиамоделях при полётах на малых скоростях, а также на взлёте и посадке. Иногда применяются на более тяжелых самолётах (например, Су-27). Основное достоинство флаперонов — это простота реализации на базе уже имеющихся элеронов и сервоприводов. Недостаток в том, что выпущенные флапероны малоэффективны как элероны.

Предкрылки — отклоняемые поверхности, установленные на передней кромке крыла. При отклонении образуют щель, аналогичную таковой у щелевых закрылков. Предкрылки, не образующие щели, называются отклоняемыми носками. Как правило, предкрылки автоматически отклоняются одновременно с закрылками, но могут и управляться независимо.

В целом, эффект предкрылков заключается в увеличении допустимого угла атаки, то есть срыв потока с верхней поверхности крыла происходит при бо́льшем угле атаки.

Помимо простых, существуют так называемые адаптивные предкрылки. Адаптивные предкрылки автоматически отклоняются для обеспечения оптимальных аэродинамических характеристик крыла в течение всего полёта. Также обеспечивается управляемость по крену при больших углах атаки с помощью асинхронного управления адаптивными предкрылками.

Интерцепторы (спойлеры) — отклоняемые или выпускаемые в поток поверхности на верхней (нижней, см. МиГ-19) поверхности крыла, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление и уменьшают подъёмную силу. Поэтому интерцепторы также называют органами непосредственного управления подъёмной силой.

В зависимости от предназначения и площади поверхности консоли, расположения её на крыле и т. д. интерцепторы делят на элерон-интерцепторы и спойлеры:

Элерон-интерцепторы — представляют собой дополнение к элеронам и используются в основном для управления по крену. Они отклоняются несимметрично. Например, на Ту-154 при отклонении левого элерона вверх на угол до 20°, элерон-интерцептор на этой же консоли автоматически отклоняется вверх на угол до 45°. В результате подъёмная сила на левой консоли крыла уменьшается, и самолёт кренится влево.
У некоторых самолетов элерон-интерцепторы могут являться главным (либо резервным) органом управления по крену[4].

Выпущенные спойлеры
Спойлеры (многофункциональные интерцепторы) — гасители подъемной силы. Симметричное задействование интерцепторов на обеих консолях крыла приводит к резкому уменьшению подъёмной силы и торможению самолёта. После выпуска самолёт балансируется на большем угле атаки, начинает тормозиться за счёт возросшего сопротивления и плавно снижаться. Возможно изменение вертикальной скорости без изменения угла тангажа. То есть при одновременном выпуске интерцепторы используются в качестве воздушных тормозов.
Интерцепторы также активно используются для гашения подъёмной силы после приземления или при прерванном взлёте и для увеличения сопротивления. Необходимо отметить, что они не столько гасят скорость непосредственно, сколько снижают подъёмную силу крыла, что приводит к увеличению нагрузки на колёса и улучшению сцепления колёс с поверхностью. Благодаря этому, после выпуска внутренних интерцепторов можно переходить к торможению с помощью колёс.

3.Принцип действия газотурбинного двигателя.
Основное отличие газотурбинного двигателя от поршневого заключается в том, что рабочий процесс в нем происходит не циклично, а непрерывно. Топливо постоянно впрыскивается в камеру сгорания такого двигателя и, смешавшись там с воздухом, сгорает. Образующиеся при этом газы с высокой скоростью попадают на лопатки силовой турбины и турбины компрессора. Силовая турбина через редуктор соединяется с трансмиссией автомобиля, а компрессор служит для нагнетания воздуха в двигатель. Горячие газы, выходящие из турбины, попадают в теплообменник, где нагревают воздух, подающийся в камеру сгорания двигателя, после чего удаляются в атмосферу. Наличие теплообменника дает возможность повысить эффективность газотурбинного двигателя. Газотурбинные двигатели имеют высокую мощность при небольших размерах. Самой большой частью такого двигателя является теплообменник. Отсутствие возвратно-поступательных перемещений в таком двигателе обеспечивает высокую равномерность его работы. К другим преимуществам газовых турбин относятся легкость пуска при низких температурах, малая токсичность и возможность работы на различных (жидких и газообразных) топливах. Широкого применения на автомобилях газотурбинные двигатели не получили из-за низкой топливной экономичности, сильного шума при работе и высокой стоимости их производства. Существенным недостатком газотурбинных двигателей является также то, что они медленно реагируют при необходимости резкого ускорения автомобиля.

3. Преимущества и недостатки схемы вертолета с 1 несущим винтом.
Если говорить об отдельном агрегате, который более, чем какие-либо другие, спо собен сделать летательный аппарат не обычным, так это несущий винт. Схема такого устройства, принцип действия кото рого первоначально представляли как дви жение посредством «ввинчивания в воздуш ную среду», была разработана Леонардо да Винчи около 1500г. Однако, подобно другим идеям механического по лета, потребовалось несколько столетий для появления необходимой для ее реализа ции технической базы.
Первые потенциально работоспособные конфигурации вертолета появились в 1907-1909 гг., после чего начинает разви ваться экспериментальное вертолетостроение. В следующие десятилетия лишь очень небольшому числу экспериментальных вер толетов удавалось оторваться от земли и на непродолжительное время зависать в воздухе. Вплоть до 1937 г. ни одному из построенных вертолетов не удалось прео долеть влияние земли или совершить дей ствительно управляемый полет. Именно в 1937 году, нацисткой верхушке Германии был продемонстрирован вертолёт поперечной схемы располажения винтов, машина произвела вполне управляемый полёт внутри стадиона, но от использования её, как оружия возмездия, отказались. Появле ние в 1940 г. принципиально нового проек та вертолета VS-300 Игоря Сикорского (ко торый начал работать над вертолетами в 1907 г.), дало толчок быстрому развитию этого направления авиационной техники. В настоящее время вертолеты различных ко» фигурации стали широко распространенны ми летательными аппаратами.

ДОСТОИНСТВА

Основным достоинством несущего винта является то, что он создает подъемную силу, которая не зависит от поступатель ного движения летательного аппарата. Ве личина мощности на единицу массы (тяговооруженность) для вертолета остается приблизительно такой же, как и для обыч ного самолета. Удельная нагрузка на кры ло вертолета не определяется площадью крыла (роль которого в данном случае играют лопасти) и зависит от удельной нагрузки на сметаемую винтом площадь. Эта величина равна массе летательного аппарата, отнесенной к площади, ометаемой винтом.
Следующим важным достоинством вер толета является его способность неподвиж но висеть над выбранной точкой мест ности, что имеет важное значение при на блюдении, загрузке или разгрузке в таких местах, где самолеты не могут совершать посадку и т. п. О специфике применения вертолетов можно написать целые книги.
Не требуя поступательной скорости на взлете и некоторых режимах полета, верто лет обычно не имеет крыла и поверхностей управления. Управление полетом осущест вляется при помощи несущего винта или нескольких винтов, которые отклоняются в требуемом направлении по командам пилота.

НЕДОСТАТКИ

Как и при любом специализированном применении, достоинства несущего винта сопровождаются существенными недостат ками. Основным недостатком винта явля ются сложность его конструкции и, следо вательно, высокая стоимость разработки и эксплуатации. Несущий винт вертолета не связан непосредственно с двигателем, как это имеет место у самолетов, а приводится через сложную систему редукторов и валов. Лопасти винта крепятся к валу с по мощью сложного шарнира, обеспечиваю щего свободное движение ротора относи тельно вала в вертикальном, боковом и осевом направлениях для изменения шага.
Ресурс основных подвижных узлов вер толета значительно меньше, чем у анало гичных узлов самолетов. Стоимость 1 ч эксплуатации вертолета настолько высока, что небольшие коммерческие вертолеты обычно доставляются к месту работы со своих баз при помощи грузовиков, а не перегоняются по воздуху.
Другим специфическим недостатком вер толетов, с которым столкнулись уже пер вые разработчики, является тенденция фю зеляжа вращаться (в схеме с одним несущим винтом). Для парирования этого эф фекта уже на первых экспериментальных вертолетах использовалось четное число винтов с противоположным направлением вращения.
Конструктивно решить эту проблему можно двумя путями: применением двух расположенных на некотором расстоянии несущих винтов с противоположным на правлением вращения (иногда они распола гаются с взаимным перекрытием или за зором) или противоположным вращением двух винтов, расположенных на одной оси (соосная схема). Недостатками обеих схем являются повышенные масса, стоимость и сложность конструкции.
Эта проблема оригинально была реше на в вертолете Сикорского, построенном по схеме с одним несущим винтом, на ко тором он применил хвостовой рулевой винт с регулируемым шагом и поперечной горизонтальной осью, отклоняемой по тан гажу относительно нейтрального положе ния. При этом винт работал подобно рулю направления самолета, создавая знакопере менную силу, которая не только парирова ла момент разворота корпуса вертолета, но и обеспечивала путевое управление. Основ ным недостатком схемы вертолета с хвос товым винтом является отдача части мощ ности силовой установки рулевому винту, тогда как на вертолетах с нескольки ми несущими винтами вся располагаемая мощность силовой установки расходуется на создание подъемной силы.