Весовой расчет самолета

После определения геометрических размеров можно уточнить взлетную массу самолета путем расчета масс его основных агрегатов и систем. Для этого используются статистические весовые формулы, которые позволяют оценить массы частей и самолета в целом, хотя по традиции эти расчеты принято называть весовыми. Весовые формулы обычно учитывают размеры и взлетную массу самолета, внешнюю форму агрегатов, размещение двигателей, топлива, целевой нагрузки, свойства конструкционных материалов и содержат ряд статистических коэффициентов, зависящих от типа и назначения самолета.

Расчет по весовым формулам дает лишь приближенное – прогнозируемое значение массы и при использовании формул различных авторов возможен большой разброс результатов. С целью минимизации неизбежной погрешности В.М. Шейнин, один из теоретиков весовых расчетов самолета, предложил метод множественных вычислений, суть которого состоит в том, что расчет ведется по достаточно большому числу весовых формул, затем крайние оценки отбрасываются, а остальные осредняются. Такой метод для традиционных конструкций дает достаточно достоверные результаты, точность которых увеличивается с увеличением числа используемых формул.

Уточним понятия и термины «весовой» и «массовый».

В практике проектирования самолетов исторически сложилась традиция использования таких терминов, как «весовой расчет», «весовое проектирование», «весовой контроль», «весовая эффективность», «весовая отдача» и некоторые другие, использующие прилагательные от слова «вес». В международной системе единиц СИ под весом понимается сила тяжести, равная произведению массы тела на ускорение свободного падения (mg), и измеряемая в ньютонах (Н). В старых источниках информации за единицу измерения силы был принят килограмм-сила (кгс), который равен ~ 9, 807Н. В результате численные значения всех параметров, связанных с весом и силами, в системе СИ увеличились примерно на порядок, что вызывает большие трудности в практическом использовании огромного количества информации и знаний, накопленных в прошлом. Чтобы свести указанные неудобства к минимуму, в данном пособии, как и в основном учебнике [1], в качестве единицы веса и сил используется деканьютон (даН): 1даН = 10Н. Эта единица численно всего на два процента отличается от кгс: 1даН ~ 1, 02кгс, что намного упрощает использование старой информации.

В современной технической литературе часто «весовые» термины заменяются на термины с производными от слова «масса» – «массовый расчет», «массовые параметры», «сводка масс» и т.п. Такое одновременное использование «весовой» и «массовой» терминологии не является противоречивой, тем более, что термин «вес» (сила тяжести), так же, как и «масса», предусмотрен стандартами системы СИ. Кроме того, численное значение массы в кг точно совпадает с величиной веса в кгс. Необходимо только помнить, что масса и вес имеют совершенно разный физический смысл и измеряются они разными единицами.

Единица измерения каждого параметра определяется его физическим смыслом. Это относится и том числе и к удельным параметрам: удельный вес, удельная нагрузка на крыло, скоростной напор и др.

Определение массы планера и оборудования

Масса частей планера находится по весовым формулам, приведенным в ряде отечественных изданий:

для крыла – [1], с.131; [2], с.307; 313; [3], с.152; (формула 13.4);

для фюзеляжа – [1], с.135; [2], с.315; [3], с.170; (формула 13.36);

для оперения – [1], с.139; [2], с.310; [3], с.193; (формулы 13.52-53);

для шасси – [1], с.142; [2], с.315; [3], с.203 (формула 13.63).

Следует иметь в виду, что в приведенных формулах не учтено использование новых конструкционных материалов, в частности, композитов, которые могут обеспечить уменьшение массы силовых элементов до (15–20)%. Поэтому в полученные результаты расчетов по указанным формулам можно ввести поправочные коэффициенты от (0, 80 – 0, 85), если агрегат полностью изготавливается из новых материалов, и до (0.9– 0.95) при частичном использовании этих материалов в конструкции агрегата.

При определении массы силовой установки, топливной системы, оборудования, снаряжения можно использовать весовые формулы и статистический материал в [1], с.149, [2], с.319–330, а также использовать статистику, приведенную в таблицах 7.2, 7.3, 7.4 данного пособия. Учитывая научно-технический прогресс в электронике, системах автоматизации, в системах оборудования, следует и при расчете их масс также вводить поправочные коэффициенты, уменьшая массу указанных групп как минимум на (5 – 10)%.

В приложении Б приводятся весовые формулы, заимствованные из зарубежных изданий.

Новый подход к оценке масс силовых конструкций с использованием конечно-элементного моделирования, который целесообразно применять при проектировании самолетов с необычными внешними формами и размерами, приводится в учебном пособии [7]. Дополнительную информацию и статистические данные для весовых оценок можно найти в [6].