Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Про ТРАНСПОРТНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ екраноплані
У статті на підставі критерію «продуктивність» розглядається транспортна ефективність екранопланів в порівнянні з літаками. Показано, що більш ефективними, з точки зору продуктивності будуть екраноплани малої маси.
Ключові слова: екраноплан, літак, продуктивність літальних апаратів.
Comparison of planes and ekranoplanes by criterion «productivity» is carried out. It is shown, that big transport productivity will have ekranoplans of small weight.
Keywords: ekranoplan, aircraft, productivity flying machine.
Останнім часом спостерігається підвищений інтерес до екраноплані, як комерційному транспортному засобу і екранопланостроенію в цілому [1,2].
Стимулом до подібного інтересу і просуванню екранопланів в транспортну систему країни служить їх важлива позитивна характеристика - висока аеродинамічна якість, що значно перевищує аеродинамічна якість літаків.
Вказується навіть [1], що на діаграмі Кармана-Габриелли, яка б показала залежність ходового якості від швидкості руху, в діапазоні швидкостей 200-500 км / год екраноплани мають підвищену аеродинамічній ефективністю, порівняно з іншими транспортними засобами, що оцінюється твором аеродинамічного якості на швидкість польоту (KV).
Дійсно, параметр KV має велике значення, і, перш за все для оцінки дальності і тривалості польоту, що випливає з відомої формули Бреге, для визначення дальності польоту, записаної в формі
де Се - питома витрата палива; qт = m0 / mт; m0. mт - стартова маса літального апарату, маса палива, відповідно.
Разом з тим, наявність у формулі Бреге інших важливих членів, таких як питомої витрати палива і відносної маси палива, дозволяє стверджувати, що не завжди максимальне значення KV буде відпо-вовать максимальної дальності польоту, вже хоча б тому, що параметр KV залежить від питомої витрати палива. Тому виникає закономірне питання. Чи буде дальність польоту екранопланів при великому значенні KV і при деяких порівнянних умовах більше дальності польоту літака, що має відмінні значення CЕ і qт?
де mпн - відносна маса корисного навантаження.
Про величину продуктивності в пропаганді ідей розвитку екранопланів не згадується, або згадується побіжно. І таким чином, питання про транспортну ефективності екранопланів, на наш погляд залишається відкритим.
Розглянемо питання про транспортну ефективності екранопланів докладніше, з урахуванням їх продуктивності. Відзначимо, що досить часто, якщо не завжди, говорячи про ефективність екранопланів їх порівнюють з водоплавними транспортними засобами (катерами, апаратами на повітряній подушці, судами і т.п.), як ніби забуваючи при цьому, що рух порівнюваних транспортних засобів відбувається в різних середовищах, тому таке порівняння видається не зовсім коректним. Природно рух екраноплана в менш щільному середовищі буде ефективніше, тому що опір його руху буде значно менше. Тому порівняння екранопланів необхідно проводити з літаками приблизно того ж класу.
Будемо розглядати рух порівнюваних літальних апаратів (літаки, екран-плану) на режимі максимального аеродинамічного якості, при якому, в разі квадратичної поляри, коефіцієнт підйомної сили Cy має оптимальне значення.
Як відомо, для такого режиму руху літака маємо
де схо - опір при нульовій підйомної силі; В = 1 / р · лефф; лефф - ефективне подовження крила.
У цьому випадку для визначення дальності польоту літака отримаємо такий вираз
тут сс - щільність середовища, в якій рухається літак.
Для розрахунку аеродинамічних характеристик екраноплана скористаємося залежностями, отриманими в рамках теорії асимптотичного зрощування К.В. Різдвяного [3].
Відповідно до цієї теорії в першому наближенні, для екраноплана з квадратичною полярою маємо
де л - подовження крила екраноплана; b - хорда крила; h - відстань між задньою кромкою крила і опорною поверхнею.
Тоді, дальність польоту екраноплана в горизонтальному польоті з максимальною аеродинамічним якістю визначається виразом
де Се - щільність середовища в якій рухається екраноплан.
Для визначення продуктивності скористаємося рівнянням існування літального апарату, в формі
тут ДM = mк + mду; mк. mду - маса конструкції ЛА і маса рухової установки, відповідно.
В (7) в масу конструкції включена і маса всього обладнання.
Розділивши вираз (7) на стартову масу можна переписати його в формі
Звідки для відносної маси корисного навантаження маємо
З виразів (4) і (8) можна визначити потрібну масу палива літака (qтс) і екраноплана (qте) як
де параметри Ас і АЕ визначаються в наступній формі
Масу корисного навантаження літака (mпн с) і екраноплана (mпн е) можна визначити, скориставшись виразами, як
де Дqс. Дqе - відносні маси конструкції і рухової установки для літака і екраноплана, відповідно.
Зокрема можна отримати цікаві висновки, наприклад, визначити величину граничної питомої навантаження на крило.
Граничною значення питомого навантаження визначається виразом
Слід, що чим більше питоме навантаження, тим більше маса корисного навантаження, що перевозиться екранопланом.
З урахуванням вищевикладеного визначимо продуктивність літака і екраноплана як
Тоді відношення продуктивностей визначається виразом
Проведемо порівняння производительностей екраноплана і літака за висловом, при цьому з метою спрощення порівняння можна взяти Дqc # 63; Дqе. що буде йти на користь екраноплана, тому що відносна маса рухової установки і маса конструкції у екраноплана значно вище.
Приймемо в порівнянні наступні характеристики: синтезується екраноплан має двигун НК-87 - Сее = 0,55 кг / кгс · год; = 0,1; л = 3, політ проходить на висоті екрану; літак типу ІЛ-76 - Сес = 0,7 кг / кгс · год, лефф = 6,55; політ проходить на висоті 10 км. Дальність польоту 1500 км, схо = 0,023 кг / кгс · год і Дq = 0,4 для обох порівнюваних апаратів.
Результати розрахунку наведені на рис. 1. Характер протікання кривих на графіку залежить від величини сомножителя у формулі
Пряма d = 1 ділить представлений графік на дві області.
Якщо d> 1, то з ростом питомої навантаження на крило відносна продуктивність знижується, при цьому для деяких значень Сее і невеликій величині питомого навантаження на крило продуктивність екраноплана буде вище продуктивності літака.
Рис.1. Залежність відносної продуктивності від питомого навантаження на крило для різних витрат палива (1 - 0,2 кг / кгс · год; 2 - 0,3 кг / кгс · год; 3 - 0,4 кг / кгс · год; 4 - 0, 6 кг / кгс · год).
Якщо ж d <1, то с ростом удельной нагрузки на крыло относительная производи-тельность растет, однако при этом произ-водительность экраноплана всегда ниже производительности самолета.
Для нашого розрахункового випадку критичним значенням Сее при якому реалізується d = 1, є величина
яка, для наведених вище даних, чисельно дорівнює 0,44 кг / кгс · год.
При цьому параметр П визначається залежністю
і для нашого розрахункового випадку дорівнює 0,53.
В принципі інверсія протікання кривих П = f (mg / S) буде спостерігатися і при зміні інших значень величин, що входять в залежності і Дqе. Дqс.
Якщо провести оцінку витрат кількості палива на одиницю перевезеної маси корисного навантаження, ніж часто оперують пропагуючи екраноплани, то дійсно, порівняння проведене для наших вищевказаних даних покаже, що екраноплани витрачають значно менше палива, приблизно 10 -30% від витрат палива літаком. Це природно, тому що на екраноплані встановлюються турбогвинтові двигуни, які мають меншу питому витрату палива.
Однак при цьому, значно зростає частка маси конструкції, а маса корисного навантаження зменшується.
Можна показати, що частка маси конструкції літака і екраноплана визначаються залежностями
І їхнє ставлення буде
Розрахунок за висловом для різних подовжень екраноплана наведено на рис.2, при розрахунку прийнято - відносна висота польоту екраноплана = 0,1; відносна корисне навантаження qпнс = qпне = 0,2; інші дані ті ж, що і при попередньому розрахунку.
Мал. 2. Залежність параметра від питомого навантаження на крило (1 л = 1; 2 - л = 2; 3 - л = 3).
З наведених на рис. 2 даних видно, що відносна маса конструкції і двигунів у екраноплана завжди буде більше, ніж у літака на шкоду корисного навантаження, або запасу палива (втрата дальності). транспортний екраноплан літак
Тому можна зробити висновок про те, що, незважаючи на великі значення параметра KV і мала витрата палива на одиницю маси корисного навантаження, транспортна ефективність, оцінюється продуктивністю, буде вище продуктивності літака тільки у екранопланів класу «Іволги» або «Акваглайд», тобто . екранопланів з малою масою (водотоннажністю), а не у середніх, і тим більше великих.
Слід врахувати також те, що для екранопланів цього класу практично всі проблеми, пов'язані з проектуванням, виготовленням і експлуатацією вирішені, і їх впровадження в транспортну систему країни не потребують якихось великих витрат.
Екраноплани ж більшою стартової маси, безумовно, мають свою нішу, але не що визначається комерційним застосуванням, будуть необхідні для пошуково-рятувальних робіт в акваторіях морів і океанів, для патрульних польотів берегової охорони, десантування та інших спеціальних, в тому числі і військових застосувань.
3. К.В. Різдвяний Метод зрощуються асимптотических розкладів в гідродинаміки крила. - Л. Суднобудування, 1979. - 208 с.
Розміщено на Allbest.ru