1.1.3.1. Розташування крила та оперення відносно фюзеляжу, їх форма

Задані льотні характеристики передбачають проектування літака по схемі – вільно несучий моноплан. При такій схемі крило може кріпитися до фюзеляжу трьома способами:

• крило проходить через середню частину фюзеляжу – «середньоплан»;

• крило кріпиться до нижньої частини фюзеляжу – «нижньоплан»;

• крило кріпиться до верхньої частини фюзеляжу – «високоплан». [2, 7]

Так як у районі середньої частини крила в транспортному літаку знаходиться вантажна кабіна, то для літаків такого типу середнє розміщення крила не застосовується. Для вантажних літаків найбільш вигідне нижнє або верхнє розташування крила.

Нижнє розташування крила має переваги та недоліки.

Переваги:

• легкість компоновки та розміщення механізмів випуску-прибирання шасі;

• захист фюзеляжу від ударів при аварійній посадці;

• запас пливучості паливних баків при приводненні літака;

Недоліки:

• близькість до землі розміщених на крилі силових установок;

• висока інтерференція між крилом та фюзеляжем;

• центроплан крила проходить крізь вантажну кабіну, що порушує єдиний рівень підлоги;

Верхнє розташування крила дозволяє:

• розташувати фюзеляж низько до поверхні землі, що підвищує технологічність завантаження вантажної кабіни, а значить зменшує час простою ПС при підготовці до польотів;

• не займати об’єм вантажної кабіни центропланом крила;

• значно віддалити силові установки від поверхні землі, що значно підвищує безпеку польотів, особливо при експлуатації з ґрунтових ЗПС;

• отримати не високу інтерференцію крила і фюзеляжу;

• отримати вищі, в порівнянні з нижнім розташуванням крила,

аеродинамічні характеристики, зокрема коефіцієнт підйомної сили C_y .

Однак, верхнє розташування крила зумовлює наступні недоліки:

• збільшується поперечний переріз фюзеляжу в районі центроплана;

• збільшення маси конструкції за рахунок необхідності встановлення більш потужних елементів кріплення в районі з’єднання центроплана та ЗЧК, для уникнення зриву крила при аварійній посадці;

• складність рішення компоновки шасі (велика маса шасі при розташуванні на крилі, мала колія шасі при кріпленні до фюзеляжу);

При виборі розташування крила необхідно, в першу чергу, керуватися призначенням проектованого літака, тобто вимоги по перевезенню крупногабаритних вантажів усередині фюзеляжу будуть визначальними при виборі схеми літака. Проаналізувавши і порівнявши усі переваги та недоліки обох схем, можна зробити висновок, що найбільш вигідніша схема розміщення крила відносно фюзеляжу для транспортного літака, заданого у проекті призначення – «високоплан», крім того світовий досвід у авіабудівництві показує, що найбільш вдалими вантажними літаками є літаки з верхнім розташуванням крила.

Схема «високоплан» застосовується на переважній більшості вантажних літаків у світі. Саме на вантажних літаках переваги цієї схеми проявляються у максимальному обсязі, а незначні недоліки нівелюються додатковими конструктивними рішеннями.

Виходячи із заданої швидкості крейсерського польоту й довжини розбігу при зльоті, крило доцільно виконати трапецієвидної форми в плані й надати помірну стріловидність (_1/4 = 14). Це дасть змогу отримати високу несучу спроможність, а також забезпечити задану крейсерську швидкість польоту при значно меншому коефіцієнті опору, в порівнянні з прямим крилом, тобто стає можливим поєднати суперечливі вимоги короткого зльоту та відносно високої крейсерської швидкості польоту.

Оперення літака доцільно виконати за класичною схемою. Таке розташування є традиційним для дозвукових літаків і забезпечує кращі характеристики стійкості та керованості для літаків такого типу, в порівнянні з іншими схемами оперення.

У польоті за крилом утворюється зона загальмованого, скошеного та турболізованого потоку. Для літаків з відносно довгою хвостовою частиною фюзеляжу при швидкості крейсерського польоту 650–800 км/год, зона максимальних скосів потоку знаходиться у хвостовій частині фюзеляжу, яка зазвичай зміщується уверх. Тому для таких літаків горизонтальне оперення доцільно розташовувати на фюзеляжі.

У літаків з класичним розташуванням горизонтального оперення при виникненні зриву потоку на крилі й подальшому змішенні супутнього струменю повітря уверх, скіс потоку у зоні горизонтального оперення зменшується, тобто покращується його обтічність. Це викликає появу більшого моменту на пікірування, що дозволяє зменшити кут атаки на крилі і стабілізувати його обтічність. Тобто використавши класичну схему розташування горизонтального оперення, можна значно покращити стійкість літака в цілому.

Головна умова при виборі розташування горизонтального оперення – воно не повинно потрапляти у турболізований і загальмований супутній струмінь повітря від крила (затемнення крилом). Не виконання цієї умови різко понижує ефективність оперення та є передумовою до виникнення коливань типу «бафтінг». Для забезпечення цієї умови база кріплення горизонтального оперення до фюзеляжу знаходиться дещо вище рівня центроплана крила. Це досягнуто шляхом підйому хвостової частини фюзеляжу по відношенню до його середньої частини.

Вертикальне оперення на проектованому літаку виконане по однокільовій схемі, яка застосовується на переважній більшості літаків, і добре зарекомендувала себе у авіабудівництві. Завдяки тому, що горизонтальне оперення виконане по класичній схемі, тобто кріпиться до фюзеляжу, вертикальне оперення можна виготовити із значно меншою масою по відношенню до Т-подібного оперення. Усе це, ще раз підтверджує доцільність використання обраної схеми розміщення оперення на проектованому літаку.

Стріловидність горизонтального та вертикального оперень, виходячи з умови забезпечення якомога кращих характеристик керованості та стійкості, при досягненні швидкості польоту, що відповідає М_крит , повинна бути більшою ніж стріловидність крила. Завдяки цьому, явища пов’язані із стисненням повітря, на оперені виникатимуть на вищих швидкостях ніж на крилі, а значить керованість на такому перехідному режимі польоту буде збережена.

З урахуванням вище викладеного, прийняті наступні значення стріловидності для оперення літака:

• стріловидність горизонтального оперення – _1/4 = 20;

• стріловидність вертикального оперення – _1/4 = 30.