Энциклопедия современной военной авиации 1945-2002: Часть 1. Самолеты

При исследовании аэродинамики скоростных самолетов в 50-е годы было установлено так называемое правило площадей. Оно состоит в том, что комбинация крыла с фюзеляжем обладает наименьшим сопротивлением, когда распределение нормальных к потоку сечений по длине самолета имеет равномерный характер. На практике это означает уменьшение сечения фюзеляжа в области крыла на величину, равную площади, соответствующей нормальной к потоку сечения крыла. Фюзеляжи многих современных самолетов, особенно многоцелевых, приспособленных к долговременным полетам с околозвуковой скоростью на малой высоте, спроектированы с учетом правила площадей, хотя внешне это и не всегда заметно.

Много внимания при проектировании новых самолетов уделялось взаимовлиянию фюзеляжа и крыла Аэродинамическая интерференция между крылом и фюзеляжем при нерациональном их сочленении вызывает дополнительный прирост сопротивления, ведет к потере устойчивости особенно при больших углах атаки В этом отношении лучше всего схема среднеплана и высокоплана.

Аэродинамическую схему самолета определяет взаиморасположение частей планера Большинство самолетов строилось и строится сейчас по так называемой «классической» (нормальной) схеме с хвостовым оперением В 50-е годы очень популярной схемой была «бесхвостка». Сравнение диапазонов скоростей и относительных масс конструкций самолетов классической схемы и «бесхвосток» показывает, что по этим параметрам последние уступают.

Несмотря на меньшее сопротивление и массу некоторых частей конструкции, для достижения той же дальности, скорости и других летных характеристик взлетная масса «бесхвосток» должна быть больше, чем у соответствующих самолетов нормальной схемы Самолет-«бесхвостка» по сравнению с другими схемами имеет преимущества в простоте и меньшей стоимости конструкции Обладая большими теоретическими наработками и многолетним практическим опытом, французская фирма «Дассо» единственная продолжает создавать самолеты-«бесхвостки» («Мираж» 2000) Американский бомбардировщик В-2 построен по схеме «летающее крыло» в основном для достижения большей «невидимости».

Некоторые современные самолеты европейской конструкции схем «бесхвостка» оснащаются горизонтальными плоскостями — дестабилизатором, управляемым оперением и даже небольшим крылом с механизацией (располагаются впереди и выше крыла, т е представляют модифицированную схему «утка»). Балансировочная сила, возникающая на переднерасположенном горизонтальном оперении, направлена вверх и увеличивает общую подъемную силу системы «крыло + оперение». Оригинальную схему «биплан-тандем» имеет шведский истребитель «Вигген». Система двух несущих поверхностей разной площади придает самолету рациональную комбинацию хороших взлетно-посадочных характеристик и летных данных при сверхзвуковых скоростях.

Формы фюзеляжа сверхзвуковых самолетов

Двигатели и их размещение

На любом историческом этапе развития авиации в ее рядах могут находиться самолеты разных лет создания, классов, конструкции и с различными типами двигательных установок. Практическое применение в авиации нашли поршневые двигатели (ПД), реактивные жидкостные (ЖРД), реактивные прямоточные (ПВРД), газотурбинные турбореактивные (ТРД) и турбовинтовые (ТВД), а также твердотопливные реактивные (ТТРД) двигатели-ускорители. На современных военных самолетах стоят в основном ТРД и ТВД, хотя во вспомогательной военной авиации все еще встречаются самолеты с ПД (небольшие транспортные, патрульные и противолодочные самолеты, используемые в военной авиации малых государств).

Все вышеперечисленные реактивные двигатели получают реактивную силу при истечении газов из сопла. Газы образуются от сгорания топлива в окислителе. Конструктивно самый простой — ТТРД. У него топливо помещено в камеру сгорания. При работе ТТРД реакция горения происходит очень быстро, при этом двигатель развивает большую тягу. В авиации ТТРД применяются в качестве самолетных ускорителей и в вооружении (ракетах). В ЖРД окислитель и топливо находятся в отдельных емкостях, из которых подаются в камеру сгорания. Как ТТРД, так и ЖРД очень неэкономичны, к тому же на борту летательного аппарата приходится кроме топлива возить и окислитель, поэтому в настоящее время ЖРД практически не применяются в авиационной технике.

Схемы размещения двигателей на сверхзвуковых самолетах

8 воздушно-реактивных двигателях (ВРД) основным рабочим телом при создании тяги является атмосферный воздух, а в качестве окислителя при горении топлива используется кислород воздуха. Чтобы получить достаточное количество кислорода, надо через двигатель пропускать много воздуха и под большим давлением В ПВРД это достигается за счет скоростного напора, т е. чтобы двигатель заработал, его надо предварительно разогнать. Конструктивная простота этого двигателя и малый вес наряду с высокими удельными параметрами способствуют применению ПВРД на ракетах, беспилотных самолетах и в комбинированных турбопрямоточных двигателях сверхскоростных машин (например, SR-71).

ТРД тоже относятся к воздушно-реактивным двигателям Воздух перед поступлением в камеры сгорания сжимается компрессором, который «сидит» на одном валу с турбиной, помещенной в газовый поток после камер сгорания На больших скоростях полета ТРД имеют значительно большие мощности, чем ПД, и небольшие удельные расходы топлива. В эксплуатации они просты и надежны Все это обусловило их широкое применение в авиации.

Двигатель самолета F-15

Улучшенным вариантом ТРД являются двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД). Часть энергии сгорания топлива во внутреннем контуре преобразуется в механическую работу вентилятора наружного контура. Важным параметром работы ТРДД выступает степень двухконтурности — отношение расхода воздуха в наружном контуре к расходу воздуха во внутреннем Повышение степени двухконтурности приводит к снижению удельного расхода топлива, но сопровождается увеличением габаритов и температуры газов перед турбиной. Поэтому ТРДД с большой степенью двухконтурности устанавливают на транспортных, нескоростных самолетах Новейшим направлением в повышении маневренности самолетов, улучшении их взлетно-посадочных характеристик является оснащение их реактивными двигателями с изменяемым вектором тяги (ДИВТ)

У ТВД две турбины: одна вращает компрессор, другая — воздушный винт. Эти двигатели имеют большую тягу и лучшую экономичность на дозвуковых скоростях полета, чем ТРД. Тяга ТВД складывается из тяги воздушного винта и частично из тяги, получаемой от выходящих из сопла газов Установка ТВД на тяжелых самолетах позволяет улучшить их взлетные качества и дальность полета. Особенно были распространены в военной авиации ТВД в 50-60-е годы: они стояли практически на всех типах самолетов, кроме истребителей. После появления экономичных ТРДД и приме

нения энергетической механизации крыла, ТВД сдали почти все свои позиции в военном самолетостроении: в 80-е годы в мире серийно производилось для военных заказчиков не более 7–8 типов самолетов с ТВД (учебно-тренировочные, противолодочные, транспортные, штурмовики и ракетоносцы). В последнее время, в связи с разработкой многолопастных винтов обладающих высоким КПД, возобновилось проектирование тяжелых самолетов с ТВД.

Современные двигатели имеют модульную конструкцию. Каждый из модулей представляет группу сборочных единиц и может быть заменен без подгонки, балансировки и испытаний двигателя на стенде Применение модульной конструкции сокращает сроки создания и модифицирования двигателя, повышает его эксплуатационную и ремонтную технологичность, позволяет полнее использовать долговечность отдельных модулей.