1 2 3 Ім'я файлу: Основи фізики польоту.pptx Розширення: pptx Розмір: 6016кб. Дата: 22.03.2023 скачати Пов'язані файли: Тема 1 нова.docx Робочі граничні швидкості.docx А.С. ДОВГАЛЮК Автор: А.С. Довгалюк, студент 1-го курсу Національного авіаційного університету, м. Київ Довгалюк А.С. Основи авіабудування та теорії авіації. Навчальний посібник [для студентів молодших курсів технічних коледжів та вищих навчальних закладів авіаційного спрямування] / - А.С. Довгалюк - 46 с. : іл. У першому розділі навчального посібника розглядається будова літака, його основних елементів. У другому розділі розглядаються основи аеродинаміки та фізики польоту повітряного судна. Підручник містить практичні роботи, необхідні для засвоєння програмного матеріалу. Виконання практичних робіт дозволяє студентам використовувати та узагальнювати набуті навички і знання. Матеріал посібника націлений на студентів молодших курсів технічних коледжів та вищих навчальних закладів авіаційного спрямування. Розповсюджувати та тиражувати без офіційного дозволу автора заборонено ©А.С. Довгалюк, 2021 Вашій увазі - навчальний посібник, написаний відповідно до чинних програм для учнів технічних коледжів та студентів молодших курсів закладів вищої освіти авіаційного спрямування. Посібник складається з двох розділів. Перший розділ – «Будова літака» містить 8 тем, в яких розглядається конструкція літака, його основних елементів та силових установок. Другий розділ – «Основи аеродинаміки та фізики польоту літака» складається з 4 тем та пояснює фізичні принципи і закони польоту повітряного судна. Для узагальнення та закріплення набутих навичок та знань до матеріалу додаються 4 практичні роботи. Матеріал викладено лаконічно і доступно. До теорії додаються ілюстрації, приклади та пояснення. Посібник може стати у нагоді студентам будь-яких технічних спеціальностей, а, також, авіамоделістам-початківцям. Також може використовуватися для загального інтелектуального розвитку. Нумерація параграфів позначається символом §. рис. 1.1 номер параграфа номер рисунку у параграфі ПЕРЕВІР СЕБЕ! - дана рубрика розміщується у кінці кожного …………………………… …………………………… …………………………… параграфа та містить завдання для самоперевірки та узагальнення засвоєного матеріалу §1. Літак. Класифікація літаків, їх призначення4 Практична робота 1. Класифікація літаків, їх призначення9 §2. Конструкція літака. Елементи його конструкції10 §3. Каркас літака, його елементи та будова12 Практична робота 2. Будова літака14 §4. Шасі літака15 §5. Стрілоподібність крила17 §6. Двигун літака. Типи двигунів. Тяга19 §7. Бортові системи управління польотом. Панель приладів. Авіоніка24 §8. Світлотехнічне обладнання літака 27 Практична робота 3. Світлотехнічне обладнання літака29 §9. Основи аеродинаміки. Закон Бернуллі. Рівняння неперервності потоку 30 §10. Аеродинаміка великих швидкостей. Швидкість звуку. Число Маха 32 §11. Просторова орієнтація повітряного судна відносно нормальної системи координат. Крен. Тангаж. Рискання34 §12. Підіймальна сила крила. Механізація крила36 Практична робота 4. Основи аеродинаміки та фізики польоту літака40 Словник авіаційних термінів41 Літак (повітряне судно ПС, повітряний корабель ПК) – літальний апарат, важчий за повітря, призначений для польотів в атмосфері. Здатен переміщуватися з високою швидкістю завдяки силовим установкам (двигунам) та підіймальній силі крила. Літак вже понад століття є незамінним видом транспорту та використовується як у цивільній, так і у військовій сферах. Класифікація літаків за призначенням залежить від сфери їх експлуатації. Класифікація літаків за призначенням:
Класифікація літаків за дальністю польоту:
Класифікація літаків за злітною масою:
Класифікація літаків за типом двигунів:
Класифікація літаків за типом зльоту і приземлення:
Класифікація літаків за кількістю крил:
Яковлев Як-38 – радянський штурмовик вертикального зльоту та приземлення рис. 1.1. Антонов Ан-2 – радянський літак, півтораплан рис. 1.2 Класифікація літаків за розташуванням крил:
рис. 1.3 а рис. 1.3 б рис. 1.3 в Класифікація літаків за розташуванням оперення:
Класифікація літаків за типом хвостового оперення:
Антонов Ан-178 – український літак, високоплан рис. 1.4 Rutan-61 – американський легкий багатоцільовий літак з розташуванням переднього оперення типу «качка» та двокілевим хвостовим оперенням рис. 1.5 Класифікація літаків за типом фюзеляжу:
Класифікація літаків за типом шасі:
Водночас колісний тип шасі поділяється на: Northrop P-61 Black Widow – американський важкий винищувач з двобалковим фюзеляжем рис. 1.6 Антонов Ан-2 з лижними шасі рис. 1.7 Класифікація літаків за швидкістю польоту:
Класифікація літаків за розміщенням двигунів:
ПЕРЕВІР СЕБЕ!
Всі шість двигунів літака Антонов Ан-225 «Мрія» розміщені під крилом на пілонах рис. 1.8 ПРАКТИЧНА РОБОТА №1. Тема: Класифікація літаків, їх призначення. Мета: узагальнити пройдений матеріал параграфа §1, закріпити набуті навички та знання. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ 1.) Для доступу до практичної роботи перейдіть за посиланням або скануйте QR-код; 2.) Впишіть свої прізвище та ім’я, розпочніть виконання завдань; 3.) Виконуючи завдання практичної роботи, будьте уважними, дотримуйтесь усіх вказівок та інструкцій; 4.) Після правильного виконання роботи з’явиться ваша оцінка та рівень знань; ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ Посилання на практичну роботу: https://naurok.com.ua/test/start/1301281 QR-код: Літак з конструктивної точки зору є досить складною машиною, адже він складається з багатьох елементів, які повинні забезпечувати міцність та надійність його конструкції, безпеку польоту, бездоганне управління та виконувати повний перелік потреб і завдань, що поставлені перед ним. Основним несучим елементом конструкції ПК є фюзеляж. Фюзеляж - корпус літального апарата, всередині якого розміщується кабіна екіпажу, пасажирський салон або вантажний відсік, різноманітне обладнання. Фюзеляж з’єднує між собою крило, оперення, інколи шасі та силову установку (двигуни). Основними елементами фюзеляжу є каркас та обшивка. У більшості літальних апаратів каркас складається з поздовжніх (лонжерон, стрингер) та поперечних (нервюра, шпангоут) елементів. Обшивка літака надає йому обтічної форми, забезпечує герметичність конструкції та частково сприймає зовнішні та внутрішні навантаження на ПК. Пілон Центроплан Кіль Двигун Кабіна екіпажу Головний обтічник рис. 2.1 Крило Кабіна екіпажу – місце переважно у носовій частині ПК, звідки екіпаж здійснює керування повітряним судном. Центроплан – центральна частина крила, що з’єднує обидві його площини. Крило літака – елемент конструкції ПК, несиметрично-обтічний профіль, що створює підіймальну силу та бере безпосередню участь у керуванні повітряним судном. Досить часто у крилі розміщують паливні баки. Головний обтічник – передня частина літака, що забезпечує найменший аеродинамічний опір та призначена для розміщення у ній необхідного радіолокаційного обладнання Кіль – вертикальна площина з прикріпленими до неї поворотними кермами, яка розміщується у хвостовій частині літака ПЕРЕВІР СЕБЕ!
Кабіна екіпажу літака Boeing-737 рис. 2.2 Головний обтічник літака виготовляється з радіопрозорих матеріалів задля розміщення у ньому радіолокаційного обладнання рис. 2.3 Каркас літака складається з поздовжніх та поперечних елементів, з’єднаних між собою. До каркасу кріпиться обшивка. Разом всі ці елементи утворюють фюзеляж літака. Конструктивні схеми фюзеляжів різних типів (фермовий і балковий): 1 і 3 — лонжерони; 2 — стійки; 4 — розкоси; 5 — розчалки; 6 — розпірка; 7 — стрингери; 8 — шпангоути; 9 — обшивка; Лонжерон – основний силовий елемент конструкції літака, поздовжній брус в крилі, хвостовому оперенні або корпусі літака, що надає йому міцності. Шпангоут - поперечний кривий (кільцеподібний) брус у корпусі літака, який забезпечує міцність і стійкість його обшивки та зберігає форму. рис. 3.1 рис. 3.2 Конструкція крила літака: 1 — нервюри; 2 — лонжерон; 3 — обшивка; 4 — кінцевий обтічник; 5 — вузли навіски елерона; 6 — елерон; 7 — стрингери; 8 — лонжерон; 9 — вузли стикування; Нервюра – поперечний силовий виступаючий профільований елемент конструкції крила літака, що забезпечує його високу міцність та надійність. Стрингер – поздовжнє ребро корпусу літака (у вигляді особливо міцної балки або спеціальної металевої конструкції), що проходить через весь корпус і надає йому міцності й жорсткості. ПЕРЕВІР СЕБЕ!
ПРАКТИЧНА РОБОТА №2. Тема: Будова літака. Мета: узагальнити пройдений матеріал параграфів §2 і §3, закріпити набуті навички та знання. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ 1.) Для доступу до практичної роботи перейдіть за посиланням або скануйте QR-код; 2.) Впишіть свої прізвище та ім’я, розпочніть виконання завдань; 3.) Виконуючи завдання практичної роботи, будьте уважними, дотримуйтесь усіх вказівок та інструкцій; 4.) Після правильного виконання роботи з’явиться ваша оцінка та рівень знань; ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ Посилання на практичну роботу: https://naurok.com.ua/test/start/1306469 QR-код: Шасі літака – технічний пристрій, елемент конструкції ПК, що забезпечує його мобільність та маневреність, в тому числі зліт, посадку та пересування земною поверхнею. За типом шасі літаки поділяють на:
Шасі літака Антонов Ан-225 «Мрія» рис 4.1 Радянський літак Р-5 з гусеничним типом шасі рис. 4.2
Водночас колісний тип шасі поділяється на:
Радянський надзвуковий авіалайнер Туполєв Ту-144 обладнаний колісними шасі з передньою опорою рис. 4.3 ПЕРЕВІР СЕБЕ! Стрілоподібність крила літака – особливість форми крила, що полягає у відхиленні його передньої кромки від перпендикуляра до площини симетрії літака. Позитивною стрілоподібністю вважається відхилення крила в напрямку хвоста, негативною – в напрямку носа літака. Чим більша стрілоподібність крила, тим менша складова швидкості набігаючого потоку в напрямку, перпендикулярному до крила, що дозволяє знизити хвильовий опір на надзвукових і великих дозвукових швидкостях. Розрізняють пряму і зворотну стрілоподібності крила (в залежності від відхилення крила вперед чи назад відносно фюзеляжу). Пряме крило – крило, що не має жодних ознак стрілоподібності. Пряме крило Стрілоподібне крило рис. 5.1 Aero L-39 – чехословацький навчально-бойовий літак з прямим крилом рис. 5.2 Крило зворотної стрілоподібності – це крило з негативною стрілоподібністю. Крило змінної стрілоподібності – це крило, що здатне змінювати кут відхилення від перпендикуляра до площини симетрії літака у напрямку до хвоста, а потім повернутись у початкове положення.
Су-47 «Беркут» - російський винищувач з крилом зворотної стрілоподібності рис. 5.3 Для забезпечення потрібних аеродинамічних характеристик в широкому діапазоні польотних режимів літак може бути обладнаний крилом змінної стрілоподібності. Bell X-5 – американський літак, перший у світі літак з крилом змінної стрілоподібності рис. 5.4 ПЕРЕВІР СЕБЕ! Двигун – це машина, що перетворює різні види енергії на механічну. Основним завданням двигуна літальних апаратів є утворення тяги. Тяга – рушійна сила, яка створюється за допомогою будь-якої з видів енергії (електричної, парової, реактивної і т.д.). Тяга є найважливішим критерієм для визначення швидкопідйомності літака (як швидко він може набирати висоту). Вертикальна швидкість набору висоти залежить не від величини підіймальної сили, а від того, який запас тяги має літак. Детальніше з цим ви ознайомитесь при вивченні аеродинаміки та фізики польоту літака. Існує досить багато різних видів авіаційних двигунів, їх головними відмінностями є вид палива, що споживається у ході роботи двигуна та, власне, конструктивні особливості самої силової установки. Основні типи авіаційних двигунів:
Поршневий двигун (ПД) – це двигун внутрішнього згоряння, у якому теплова енергія, що виділяється при згорянні стиснутої паливо-повітряної суміші перетворюється на механічну енергію руху поршня у циліндрі. Авіаційний поршневий двигун має аналогічні будову та принцип роботи до автомобільного двигуна внутрішнього згоряння. Процес перетворення енергії у ньому здійснюється відповідно до чотирьох тактів: 1 – Впуск (поршень рухається вниз, тим самим через відкритий впускний клапан до циліндра надходить паливо і повітря); 2 – Стискання (клапани впуску і випуску закриті, поршень рухається уверх, стискаючи паливо-повітряну суміш); 3 – Робочий хід (у момент, коли поршень наближається до верхньої точки циліндра, система запалювання подає іскру. Стиснута паливо-повітряна суміш запалюється і, миттєво розширюючись, вивільняє енергію, яка штовхає поршень униз; поршень надає руху колінчастому валові який, у свою чергу, передає цю енергію на повітряний гвинт); 4 – Випуск (у момент, коли поршень досягає нижньої точки циліндра відкривається випускний клапан, після цього поршень знову рухається угору і виштовхує продукти згоряння з циліндра); Впуск Стиснення Робочий хід Випуск рис. 6.1. Турбогвинтовий двигун (ТГД) – тип газотурбінного двигуна, в якому основна частина енергії гарячих газів використовується для приводу гвинта через понижуючий частоту обертів редуктор, і лише невелика частина енергії складає вихлоп реактивної тяги. Будова турбогвинтового двигуна досить проста. Він складається із гвинта з редуктором, компресора, камери згоряння, турбіни і вихідного елемента – сопла. Компресор нагнітає і стискає повітря, направляючи його в камеру згоряння, куди впорскується паливо. Горюча суміш, отримана у ході змішування повітря з паливом, запалюється, утворюючи гази з високою потенційною енергією, які, розширюючись, надходять на лопаті турбіни, обертаючи її, а сама турбіна обертає гвинт и компресор. Енергія, не витрачена на обертання турбіни, виходить у вигляді потоку повітря через сопло, утворюючи реактивну тягу, величина якої не більше 10% від загальної тяги мотора. Оскільки вона незначна за своєю величиною, ТГД не рахується реактивним. Турбореактивний двигун (ТРД) – це тепловий двигун, в якому використовується газова турбіна, а реактивна тяга утворюється при витіканні продуктів згоряння з реактивного сопла. Принцип роботи ТРД можна пояснити так: компресор стискає повітря до необхідних величин, після чого повітря надходить в камеру згоряння, де нагрівається до необхідної температури за рахунок згоряння палива і далі отриманий газ надходить на турбіну, де віддає частину енергії обертаючи її (а вона, у свою чергу компресор), а друга частина при подальшому розгоні газу в реактивному соплі перетворюється в імпульс тяги, яка і штовхає літак вперед. рис. 6.2 Гвинт Редуктор Компресор Турбіна Сопло Ротор двигуна Камера згоряння Вентилятор Компресор високого тиску Компресор низького тиску Турбіна високого тиску Вал ротора високого тиску Камера згоряння Турбіна низького тиску Сопло Вал ротора низького тиску рис. 6.3. Турбовентиляторний двигун (ТВД) – це турбореактивний двоконтурний двигун з високим (вище 2) ступенем двоконтурності, вдосконалена версія турбореактивного двигуна. Основною відмінністю такого типу двигуна від турбореактивного є те, що компресор низького тиску перетворюється в вентилятор, який відрізняється від компресора меншим числом ступенів і великим діаметром, і гарячий струмінь практично не змішується з холодним. При чому загальний принцип роботи ТВД фактично не відрізняється від принципу роботи ТРД. Електричний двигун (електродвигун, електрорушій, електромотор) – це машина для перетворення електричної енергії на механічну. індукції. Основне призначення електродвигуна полягає в перетворенні електричної енергії в механічну. Таке перетворення здійснюється за допомогою взаємодії двох головних частин електромотора - статора (нерухомої частини) і ротора (рухома частина). рис. 6.4 В основі дії будь-якого електродвигуна закладений принцип електромагнітної Ротор Щітка Потік струму Вал Колектор Постійний/магнітний статор 1 Після подачі живлення утворюване в статорі магнітне поле впливає на ротор, в результаті чого останній починає обертатися, звідки і створюється крутний момент. Для зручності інженерів, спеціалістів чи персоналу, що здійснює технічний огляд або ремонт двигуна, було запроваджено єдину систему їх нумерації. Так, нумерація двигунів завжди починається з крайнього, зі сторони, де розміщене крісло командира повітряного судна. Для зручності, приклад нумерації двигунів наведено на рис. 6.5. рис. 6.5. ПЕРЕВІР СЕБЕ!
2 3 4 5 6 Літак – досить складна машина, яка складається з безлічі різних компонентів та пристроїв, які, у свою чергу, об’єднані в певні системи, що забезпечують виконання літаком всіх необхідних функцій. Для централізованого управління польотом, контролю та відображення інформації про роботу всіх систем кабіну екіпажу літального апарату обладнано численними датчиками, електронними пристроями, індикаторами та вимірювальними приладами (авіонікою). Авіоніка (авіаційна електроніка) – це сукупна назва усіх бортових електронно- обчислювальних систем літального апарату, що призначені для відображення даних про польотну ситуацію та управління різними пристроями і системами літака. Системи, що забезпечують керування літаком:
польоту (засоби об'єктивного контролю, або бортові самописці (чорні скриньки)); Авіоніка американського пасажирського авіалайнера Boeing 737 рис. 7.1 Авіагоризонт – це гіроскопічний пілотажний прилад, що призначений для визначення положення та кута нахилу літака відносно лінії горизонту. Висотомір (альтиметр) – це бортовий прилад, що призначений для вимірювання висоти польоту повітряного судна. Покажчик повороту і ковзання – це бортовий прилад, що визначає кут повороту літака відносно вертикальної осі, кут крену та кут ковзання відносно поздовжньої осі. Покажчик курсу – це гіроскопічний бортовий прилад, що призначений для визначення курсу літака. Покажчик курсу відрізняється від магнітного компаса тим, що результати його вимірювань жодним чином не залежать від магнітного полюса Землі. Покажчик вертикальної швидкості (варіометр) – це пілотажний прилад, що призначений для вимірювання вертикальної швидкості, або, іншими словами, швидкість набору чи зменшення висоти польоту. На приладовій панелі може міститися досить багато обладнання, але з них у авіації виділяють 6 основних приладів (рис.7.2)
рис. 7.2
Аналогове обладнання літака Антонов Ан-72 рис. 7.4 ПЕРЕВІР СЕБЕ! рис. 7.3 На більшості літаків малої та військової авіації, а також на лайнерах минулих поколінь встановлено аналогове обладнання. Сучасні ж авіалайнери все частіше обладнують цифровими (дискретними) електронно-обчислювальними приладами, інформація від яких відображається на дисплеях. На одному дисплеї може відображатися інформація одразу про кілька різних видів даних, в тому числі про висоту польоту, швидкість, положення літака у просторі, рівень палива у баках та ін. Саме тому нерідко морально і технічно застаріле аналогове електронно-обчислювальне обладнання навіть на відносно старих літаках замінюють новим, цифровим. Радіолокаційна станція (РЛС) системи зв’язку у носовому обтічнику радянського винищувача МіГ-29 Світлотехнічне обладнання літака – це система внутрішніх та зовнішніх бортових освітлювальних приладів.
Освітлення пасажирського салону найбільшого у світі пасажирського літака, двопалубного авіалайнера Airbus A380 рис. 8.1 Аеронавігаційні вогні – це зовнішнє світлотехнічне обладнання літака, система світлотехнічних приладів, що призначена для розпізнавання положення літака у просторі іншими учасниками повітряного руху.
Лівий бортовий вогонь Проблисковий біло-червоний вогонь Фара освітлення вертикального стабілізатора Правий бортовий вогонь Білий проблисковий вогонь ПЕРЕВІР СЕБЕ! рис. 8.2 ПРАКТИЧНА РОБОТА №3. 1 2 3 |