Выбор оптимальной конструктивно-силовой схемы вертолета

курсовая работа

1. Выбор оптимальной конструктивно-силовой схемы вертолета

Одной из основных задач конструирования вертолета является оптимизация его конструктивно-силовой схемы путем определения рациональной схемы конструкции и оптимального распределения конструкционного материала по ее элементам с учетом заданных условий. Особое внимание должно быть при конструировании вертолета уделено вопросам надежности и определения ресурса основных силовых элементов конструкции.

Конструирование оптимальных авиационных конструкций является сложной комплексной задачей, так как в процессе конструирования затрагивается широкий круг вопросов, связанных с прочностью, технологией производства, условиями эксплуатации и т.д. На каждом этапе конструирования формируются некоторые характерные промежуточные критерии оптимальности для упрощения ряда задач.

Наиболее сложной задачей конструирования является задача отыскания оптимальной конструктивно-силовой схемы вертолета, удовлетворяющей требованиям минимума массы, прочности, жесткости и ресурса. Сложность этой задачи заключается в математическом описании технологии конструкции. Часто силовая схема определяется на основании компоновочных или технологических требований.

Примером оптимизации конструкции в пределах силовой схемы может служить задача отыскания оптимального распределения материала в конструкции силового кессона, находящегося под действием нагрузки, где варьируемым параметром может быть толщина обшивки.

Основной задачей инженера является создание конструкции агрегатов вертолета минимальной массы при выполнении всех предъявляемых к ним требованиям. Минимальная масса конструируемого агрегата, узла, детали обуславливается рациональной конфигурацией, прогрессивной технологией и минимально допускаемыми запасами прочности.

Наиболее универсальным критерием оценки эффективности применения вертолета является соотношение между полезной работой, им выполняемой, и суммарными затратами на создание и эксплуатацию такого вертолета. Однако такую оценку вновь проектируемого вертолета не всегда возможно осуществить.

При курсовом проектировании необходимо задаться критериями, определяющими функциональную, производственную и эксплуатационную эффективность. Критерий функциональной эффективности характеризует полноту и уровень технического (и в том числе весового) совершенства: для транспортных и пассажирских машин - это транспортная эффективность, для вертолетов-кранов - крановая эффективность.

Критерий производственной эффективности позволяет оценить вертолет с точки зрения технологичности конструкции и условий, связанных с производством, критерий эксплуатационной эффективности - различные аппараты с точки зрения их эксплуатационных качеств.

Показателями функциональной эффективности вертолета являются три основных фактора: производительность, т.е. величина, характеризующая объем полезной работы, выполняемой в единицу времени; весовое совершенство вертолета, характеризуемое обычно соотношениями между полетной массой, полезной нагрузкой и массой конструкции; экономичность вертолета с точки зрения расходования топлива.

Экономичность вертолета зависит, с одной стороны, от аэродинамического совершенства или качества, определяющего потребную для полета модность, и, с другой стороны, от экономичности силовой установки, которая характеризует расход топлива, соответствующий потребной для полета мощности.

При проектировании вертолета студент должен опираться на такой критерий, который позволит одновременно учесть основные факторы, определяющие его транспортную эффективность.

Весовую отдачу следует определять как частное от деления разности между взлетной массой и массой пустого вертолета на взлетную массу вертолета, или как отношение массы полной нагрузки к взлетной массе:

=

где - взлетная масса; - масса пустого вертолета; - масса полной нагрузки.

Критерий весовой отдачи часто применяется как для оценки совершенства конкретного вертолета, так и для сравнения между собой нескольких машин. При проектировании нового вертолета необходимо стремиться получить наибольшую весовую отдачу.

Во многом весовая отдача будущей машины определяется параметрами ее основных агрегатов, силовой установки, комплекса оборудования. Поэтому при выборе параметров будущей машины надо обязательно учитывать факторы, определяющие характеристики этих систем.

Однако при оценке транспортных возможностей вертолетов могут быть допущены ошибки в использовании весовой отдачи как основного критерия оптимизации. Например, два равных по весу вертолета, имеющих равные весовые отдачи, но не одинаковые километровые расходы топлива (из-за различия удельных расходов двигателей), будут не равноценны с точки зрения их транспортных возможностей. Вследствие этого, весовая отдача не может использоваться как обобщающий критерий транспортной эффективности разрабатываемой машины.

Производительность является важным критерием транспортного совершенства вертолета. Максимальная производительность определяется произведением максимальной массы коммерческой нагрузки, перевозимой на заданую дальность, на скорость по расписанию:

где тком - масса коммерческой нагрузки; уР - скорость по расписа-нию, учитывающая потери времени, затраченные на маневрирование до взлета и после посадки, затраты времени, необходимые на набор высоты и снижение.

Обычно скорость по расписанию связана с крейсерской скоростью через коэффициент ку, () поэтому производительность можно определить по формуле:

П==0.95Ч2160Ч220=451440

где - крейсерская скорость.

При решении проблем конкретного проектирования, когда студенту заданы определенные значения крейсерской скорости и величины перевозимого груза на заданную дальность, производительность не может быть критерием оптимизации, так как все сравниваемые варианты, удовлетворяющие заданным условиям, будут иметь практически одинаковую производительность. Поэтому удельную производительность следует определить по формуле:

=

Таким образом, можно получить критерий и произвести оценку проектируемого вертолета с точки зрения его весового совершенства с учетом производительности.

Если разделить удельную производительность на удельный расход топлива, то можно получить критерий для оценки транспортной эффективности вертолетов с учетом трех факторов: наибольшей производительности, лучшим весовым совершенством и наименьшим расходом топлива. Критерий приведенной производительности необходимо вычислить по формуле:

=

где - удельный расход топлива;

q - километровый расход топлива, определяемый по уравнению:

где к - качество воздушного судна; - коэффициент, учитывающий использование мощности и КПД двигателя; Секр - удельный расход топлива на крейсерском режиме полета.

Километровый расход топлива можно рассчитать по формуле:

q=

где тт - запас топлива; L- соответствующая этому запасу топлива дальность полета.

Значение приведенной производительности можно представить в следующей форме:

=0.95Ч

Первое выражение удобно использовать для подсчета значений приведенной производительности уже спроектированных вертолетов, а второе выражение - для оценки влияния на приведенную производительность отдельных входящих в него параметров при проектировании.

Таким образом, приведенная производительность может быть использована в качестве более полного критерия с учетом трех факторов при рассмотрении различных вариантов проектируемого транспортного вертолета, при оценке выбранного варианта и при сравнении транспортных или пассажирских вертолетов разных весовых категорий.

Делись добром ;)